ADM660/ADM8660：CMOS開(kāi)關(guān)電容電壓轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子電路設(shè)計(jì)中，電壓轉(zhuǎn)換是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。今天我們要深入了解的ADM660/ADM8660，是Analog Devices推出的CMOS開(kāi)關(guān)電容電壓轉(zhuǎn)換器，它在電壓轉(zhuǎn)換方面有著出色的表現(xiàn)。

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一、產(chǎn)品特性

功能多樣

• 電壓反轉(zhuǎn)與倍增：ADM660可以實(shí)現(xiàn)輸入電源電壓的反轉(zhuǎn)（(V{OUT}=-V{IN})）或倍增（(V{OUT}=2 ×V{IN})），而ADM8660僅能實(shí)現(xiàn)輸入電壓的反轉(zhuǎn)。
• 輸出電流：能夠提供高達(dá)100 mA的輸出電流，滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景的需求。
• 低功耗：采用低功耗CMOS技術(shù)，靜態(tài)電流僅為600 μA。
• 頻率可選：通過(guò)頻率控制（FC）輸入引腳，可以選擇25 kHz或120 kHz的電荷泵工作頻率，優(yōu)化電容大小和靜態(tài)電流。
• 關(guān)機(jī)功能：ADM8660具備關(guān)機(jī)功能，關(guān)機(jī)時(shí)靜態(tài)電流可降至300 nA。

適用范圍廣

輸入電壓范圍為 +1.5 V至 +7 V，適用于各種單電源系統(tǒng)，可用于為運(yùn)算放大器等提供負(fù)電源。

封裝形式豐富

有8引腳DIP、窄體SOIC和16引腳TSSOP等多種封裝形式可供選擇。

二、工作原理

開(kāi)關(guān)電容技術(shù)

ADM660/ADM8660采用開(kāi)關(guān)電容技術(shù)，通過(guò)板載振蕩器和開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)在兩個(gè)外部電荷存儲(chǔ)電容之間轉(zhuǎn)移電荷，實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。

• 電壓反轉(zhuǎn)原理：振蕩器產(chǎn)生反相信號(hào)φ1和φ2控制開(kāi)關(guān)，在φ1期間，開(kāi)關(guān)S1和S2閉合，電容C1充電至V+；在φ2期間，S1和S2打開(kāi)，S3和S4閉合，C1的正端通過(guò)S3連接到GND，負(fù)端通過(guò)S4連接到(V_{OUT})，實(shí)現(xiàn)電壓反轉(zhuǎn)。
• 電壓倍增原理：通過(guò)改變一些連接方式，同樣利用開(kāi)關(guān)電容技術(shù)實(shí)現(xiàn)電壓倍增。

開(kāi)關(guān)電容理論

一個(gè)開(kāi)關(guān)電容模塊中，電容C1在開(kāi)關(guān)處于位置A時(shí)充電至電壓V1，電荷為(q1 = C1 × V1)；開(kāi)關(guān)切換到位置B時(shí)，電容C1放電至電壓V2，電荷為(q2 = C1 × V2)，轉(zhuǎn)移到輸出V2的電荷(Delta q = q1 - q2 = C1 × (V1 - V2))。當(dāng)開(kāi)關(guān)以頻率f在A和B之間切換時(shí)，單位時(shí)間的電荷轉(zhuǎn)移或電流為(I = f(Delta q) = f(C1)(V1 - V2))，可等效為一個(gè)阻值(R_{EQ}=1 / fC1)的電阻。

三、典型電路配置

電壓反轉(zhuǎn)配置

• ADM660：輸入電壓范圍為 +1.5 V至 +7 V，需要兩個(gè)10 μF的外部電容C1和C2。
• ADM8660：除了與ADM660類(lèi)似的配置外，還具備關(guān)機(jī)控制引腳SD。

電壓倍增配置

僅ADM660支持電壓倍增配置，輸入電壓范圍為2.5 V至7 V，輸出電壓為輸入電壓的兩倍，同樣只需兩個(gè)外部電容。

四、關(guān)鍵參數(shù)

輸入輸出參數(shù)

• 輸入電壓：范圍為1.5 V至7 V，不同模式下有不同要求。
• 輸出電流：最大可達(dá)100 mA。
• 輸出電阻：ADM660和ADM8660在不同條件下有不同的輸出電阻值。

效率參數(shù)

• 功率效率：在不同負(fù)載和頻率下，功率效率有所不同，最高可達(dá)94%。
• 電壓轉(zhuǎn)換效率：無(wú)負(fù)載時(shí)可達(dá)99.96%。

頻率參數(shù)

• 電荷泵頻率：可通過(guò)FC引腳選擇25 kHz或120 kHz，也可通過(guò)OSC引腳控制。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電容選擇

• 電容值：25 kHz頻率時(shí)推薦使用10 μF電容，120 kHz頻率時(shí)可使用2.2 μF電容。
• ESR：為了獲得最高效率，應(yīng)選擇低ESR的電容，低ESR電容可降低輸出電阻和紋波電壓。

振蕩器頻率

• 頻率選擇：較高的開(kāi)關(guān)頻率允許使用較小的電容，但會(huì)增加靜態(tài)電流，降低功率效率，因此需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的頻率。
• 外部時(shí)鐘：可使用外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)OSC引腳，但需注意其電平范圍和使用條件。

關(guān)機(jī)功能

ADM8660的關(guān)機(jī)輸入引腳SD可用于禁用設(shè)備，降低功耗。關(guān)機(jī)時(shí)，輸出電壓為0 V，退出關(guān)機(jī)狀態(tài)需要約500 μs。

旁路電容

在輸入電源上使用旁路電容可降低ADM660/ADM8660的交流阻抗，推薦使用0.1 μF或更大的電容。

六、應(yīng)用場(chǎng)景

手持儀器

為手持儀器提供穩(wěn)定的負(fù)電源，滿足其低功耗和小體積的要求。

便攜式計(jì)算機(jī)

在便攜式計(jì)算機(jī)中，為運(yùn)算放大器等提供電源，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集

為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集設(shè)備提供合適的電源，保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。

運(yùn)算放大器電源

為運(yùn)算放大器提供負(fù)電源，改善其性能。

ADM660/ADM8660以其多樣的功能、高效的性能和靈活的設(shè)計(jì)，為電子工程師在電壓轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體需求，合理選擇電容、頻率等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能。你在使用類(lèi)似電壓轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。