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ADP2109ACBZ-10-R7

器件型号:ADP2109ACBZ-10-R7
器件类别:半导体    电源管理   
厂商名称:ADI [Analog Devices Inc]
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器件描述

Switching Voltage Regulators Compact 600mA 3MHz Step-Down

参数

产品属性属性值
Product AttributeAttribute Value
制造商:
Manufacturer:
Analog Devices Inc.
产品种类:
Product Category:
Switching Voltage Regulators
RoHS:YES
安装风格:
Mounting Style:
SMD/SMT
封装 / 箱体:
Package / Case:
WLCSP-5
Output Voltage:1 V
Output Current:600 mA
Number of Outputs:1 Output
Input Voltage MAX:5.5 V
Topology:Buck
Input Voltage MIN:2.3 V
Switching Frequency:3 MHz
最小工作温度:
Minimum Operating Temperature:
- 40 C
最大工作温度:
Maximum Operating Temperature:
+ 85 C
系列:
Series:
ADP2109
封装:
Packaging:
Cut Tape
封装:
Packaging:
MouseReel
封装:
Packaging:
Reel
高度:
Height:
0.35 mm
长度:
Length:
1.45 mm
类型:
Type:
Step Down
宽度:
Width:
1.02 mm
商标:
Brand:
Analog Devices
Development Kit:ADP2109CB-1.8EVALZ
工厂包装数量:
Factory Pack Quantity:
3000
单位重量:
Unit Weight:
0.001482 oz

ADP2109ACBZ-10-R7器件文档内容

                                                                                       Compact 600 mA, 3 MHz, Step-Down

                                                                                                           Converter with Output Discharge

Data Sheet                                                                                                                                             ADP2109

FEATURES                                                                                                              GENERAL DESCRIPTION

Peak efficiency: 95%                                                                                                  The ADP2109 is a high efficiency, low quiescent current step-

Discharge switch function                                                                                             down dc-to-dc converter with an internal discharge switch that

Fixed frequency operation: 3 MHz                                                                                      allows automatic discharge of the output capacitor in an ultra-

Typical quiescent current: 18 μA                                                                                      small 5-ball WLCSP package.

Maximum load current: 600 mA                                                                                          The total solution requires only three tiny external components.

Input voltage: 2.3 V to 5.5 V                                                                                         It uses a proprietary high speed current mode and constant

Uses tiny multilayer inductors and capacitors                                                                         frequency pulse-width modulation (PWM) control scheme for

Current mode architecture for fast load and line transient                                                            excellent stability, and transient response. To ensure the longest

response                                                                                                              battery life in portable applications, the ADP2109 has a power

100% duty-cycle low dropout mode                                                                                      save mode that reduces the switching frequency under light

Internal synchronous rectifier                                                                                        load conditions.

Internal compensation

Internal soft start                                                                                                   The ADP2109 runs on input voltages of 2.3 V to 5.5 V, which

Current overload protection                                                                                           allow for single lithium or lithium polymer cell, multiple alkaline

Thermal shutdown protection                                                                                           or NiMH cells, PCMCIA, USB, and other standard power

Shutdown supply current: 0.2 μA                                                                                       sources. The maximum load current of 600 mA is achievable

5-ball WLCSP                                                                                                          across the input voltage range.

Supported by ADIsimPower™ design tool                                                                                 The ADP2109 is available in fixed output voltages of 1.8 V, 1.5 V,

                                                                                                                      1.2 V, and 1.0 V. All versions include an internal power switch

APPLICATIONS                                                                                                          and synchronous rectifier for minimal external part count and

PDAs and palmtop computers                                                                                            high efficiency. The ADP2109 has an internal soft start and internal

Wireless handsets                                                                                                     compensation. During logic-controlled shutdown, the input is

Digital audio, portable media players                                                                                 disconnected from the output and the ADP2109 draws less than

Digital cameras, GPS navigation units                                                                                 1 μA from the input source.

                                                                                                                      Other key features include undervoltage lockout to prevent deep

                                                                                                                      battery discharge and soft start to prevent input current overshoot

                                                                                                                      at startup. The ADP2109 is available in a 5-ball WLCSP.

                                                                                                                      A similar converter, the ADP2108, provides the same features

                                                                                                                      and operations as the ADP2109 without the discharge switch

                                                                                                                      and is available in both WLCSP and TSOT packages with

                                                                                                                      additional output voltages.

                                               TYPICAL APPLICATIONS CIRCUIT

                                               2.3V TO 5.5V                                                           1µH  1.0V TO 1.8V

                                                                                       VIN                      SW

                                               4.7µF                                                                       10µF

                                                                                                           ADP2109

                                                                                   ON

                                                      OFF                              EN                       FB

                                                                                                           GND                           07964-001

                                                                                                           Figure 1.

Rev. B

Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no

responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other                One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A.

rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No             Tel: 781.329.4700                www.analog.com

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Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners.                                     Fax: 781.461.3113  ©2009–2012 Analog Devices, Inc. All rights reserved.
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Last Content Update: 02/23/2017

COMPARABLE PARTS                                        DESIGN RESOURCES

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                                                        •  PCN-PDN Information

EVALUATION KITS                                         •  Quality And Reliability

•  ADP2109 Evaluation Board                             •  Symbols and Footprints

DOCUMENTATION                                           DISCUSSIONS

Data Sheet                                              View all ADP2109 EngineerZone Discussions.

•  ADP2109: Compact 600 mA, 3 MHz, Step-Down Converter

   with Output Discharge Data Sheet                     SAMPLE AND BUY

TOOLS AND SIMULATIONS                                   Visit the product page to see pricing options.

•  ADIsimPower™ Voltage Regulator Design Tool           TECHNICAL SUPPORT

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ADP2109                                                                                                    Data Sheet

TABLE OF CONTENTS

Features .............................................................................................. 1  Discharge Switch ........................................................................ 11

Applications....................................................................................... 1      Short-Circuit Protection............................................................ 11

General Description ......................................................................... 1            Undervoltage Lockout ............................................................... 11

Typical Applications Circuit............................................................ 1                 Thermal Protection .................................................................... 11

Revision History ............................................................................... 2         Soft Start ...................................................................................... 11

Specifications..................................................................................... 3      Current Limit .............................................................................. 11

Input and Output Capacitor, Recommended Specifications.. 3                                                 100% Duty Operation................................................................ 11

Absolute Maximum Ratings............................................................ 4                     Applications Information .............................................................. 12

Thermal Resistance ...................................................................... 4                ADIsimPower Design Tool ....................................................... 12

ESD Caution.................................................................................. 4            External Component Selection ................................................ 12

Pin Configuration and Function Descriptions............................. 5                                 Thermal Considerations............................................................ 13

Typical Performance Characteristics ............................................. 6                        PCB Layout Guidelines.............................................................. 13

Theory of Operation ...................................................................... 10              Evaluation Board ............................................................................ 14

Control Scheme .......................................................................... 10               Outline Dimensions ....................................................................... 15

PWM Mode................................................................................. 10               Ordering Guide .......................................................................... 15

Power Save Mode........................................................................ 10

Enable/Shutdown ....................................................................... 11

REVISION HISTORY

7/12—Rev. A to Rev B

Changes to Features Section.............................................................1

Added ADIsimPower Design Tool Section..................................12

4/10—Rev. 0 to Rev. A

Changes to Ordering Guide .......................................................... 15

4/09—Revision 0: Initial Version

                                  Rev. B | Page 2 of 16
Data Sheet                                                                                                                                      ADP2109

SPECIFICATIONS

VIN = 3.6 V, VOUT = 1.8 V, TJ = −40°C to +125°C for minimum/maximum specifications, and TA =                           25°C  for typical  specifications, unless

otherwise noted.1

Table 1.

Parameters                                Conditions                                                                         Min          Typ   Max   Unit

INPUT CHARACTERISTICS

Input Voltage Range                                                                                                          2.3                5.5   V

Undervoltage Lockout Threshold            VIN rising                                                                                            2.3   V

                                          VIN falling                                                                        2.05         2.15  2.25  V

OUTPUT CHARACTERISTICS

Output Voltage Accuracy                   PWM mode                                                                           −2                 +2    %

                                          VIN = 2.3 V to 5.5 V, PWM mode                                                     −2.5               +2.5  %

POWER SAVE MODE TO PWM CURRENT THRESHOLD                                                                                                  85          mA

PWM TO POWER SAVE MODE CURRENT THRESHOLD                                                                                                  80          mA

INPUT CURRENT CHARACTERISTICS

DC Operating Current                      ILOAD = 0 mA, device not switching                                                              18    30    μA

Shutdown Current                          EN = 0 V, TA = TJ = −40°C to +85°C                                                              0.2   1.0   μA

SW CHARACTERISTICS

SW On Resistance                          PFET                                                                                            320         mΩ

                                          NFET                                                                                            300         mΩ

Current Limit                             PFET switch peak current limit                                                     1100         1300  1500  mA

Discharge SW Resistance                   VOUT = 1.0 V                                                                                    150         Ω

ENABLE CHARACTERISTICS

EN Input High Threshold                                                                                                      1.2                      V

EN Input Low Threshold                                                                                                                          0.4   V

EN Input Leakage Current                  EN = 0 V, 3.6 V                                                                    −1           0     +1    μA

OSCILLATOR FREQUENCY                      ILOAD = 200 mA                                                                     2.5          3.0   3.5   MHz

START-UP TIME                                                                                                                                   550   μs

THERMAL CHARACTERISTICS

Thermal Shutdown Threshold                                                                                                                150         °C

Thermal Shutdown Hysteresis                                                                                                               20          °C

1 All limits at temperature extremes are guaranteed via correlation using standard statistical quality control (SQC).

INPUT AND OUTPUT CAPACITOR, RECOMMENDED SPECIFICATIONS

Table 2.

Parameter                                 Symbol        Conditions                                                           Min          Typ   Max   Unit

MINIMUM INPUT AND OUTPUT CAPACITANCE      CMIN          TA = −40°C to +125°C                                                 4.7                      µF

MINIMUM AND MAXIMUM INDUCTANCE            L             TA = −40°C to +125°C                                                 0.3                3.0   µH

                                          Rev. B | Page 3 of 16
ADP2109                                                                                                               Data Sheet

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS

Table 3.                                                            The ADP2109 can be damaged when the junction temperature

Parameter                             Rating                        limits are exceeded. Monitoring ambient temperature does not

                                                                    guarantee that the junction temperature (TJ) is within the specified

VIN, EN                               −0.4 V to +6.5 V              temperature limits. In applications with high power dissipation

FB, SW to GND                         −1.0 V to (VIN + 0.2 V)       and poor thermal resistance, the maximum ambient tempera-

Operating Ambient Temperature Range   −40°C to +85°C                ture may have to be derated. In applications with moderate

Operating Junction Temperature Range  −40°C to +125°C               power dissipation and low PCB thermal resistance, the max-

Storage Temperature Range             −65°C to +150°C               imum ambient temperature can exceed the maximum limit

Lead Temperature Range                −65°C to +150°C               as long as TJ is within specification limits. TJ of the device is

Soldering Conditions                  JEDEC J-STD-020               dependent on the ambient temperature (TA) of the device,

                                                                    the power dissipation (PD) of the device, and the junction-to-

Stresses above those listed under Absolute Maximum Ratings          ambient thermal resistance (θJA) of the package. Maximum TJ

may cause permanent damage to the device. This is a stress          is calculated from TA and PD using the following formula:

rating only; functional operation of the device at these or any                            TJ = TA + (PD × θJA)

other conditions above those indicated in the operational           THERMAL RESISTANCE

section of this specification is not implied. Exposure to absolute

maximum rating conditions for extended periods may affect           θJA is specified for a device mounted on a JEDEC 2S2P PCB.

device reliability.                                                 Table 4. Thermal Resistance

Absolute maximum ratings apply individually only, not in            Package Type                                 θJA  Unit

combination. Unless otherwise specified, all other voltages are     5-Ball WLCSP                                 105  °C/W

referenced to GND.

                                                                    ESD CAUTION

                                                                    Rev. B | Page 4 of 16
Data Sheet                                                                                                           ADP2109

PIN CONFIGURATION AND FUNCTION DESCRIPTIONS

                                         BALL A1

                                         INDICATOR

                                         1                                  2

                                         VIN                            GND

                                      A

                                                                        SW

                                      B

                                         EN                                 FB

                                      C

                                         TOP VIEW                               07964-003

                                      (BALL SIDE DOWN)

                                         Not to Scale

                                      Figure 2. Pin Configuration

Table 5.  Pin Function  Descriptions

Pin No.   Mnemonic      Description

A1        VIN           Power Source Input. VIN is the source of the PFET high-side switch. Bypass VIN to GND with a 2.2 μF or greater

                        capacitor as close to the ADP2109 as possible.

A2        GND           Ground. Connect all the input and output capacitors to GND.

B         SW            Switch Node Output. SW is the drain of the PFET switch and NFET synchronous rectifier.

C1        EN            Enable Input. Drive EN high to turn on the ADP2109. Drive EN low to turn it off and reduce the input current to 0.1 μA.

C2        FB            Feedback Input of the Error Amplifier. Connect FB to the output of the switching regulator.

                                      Rev. B | Page 5 of 16
ADP2109                                                                                                                                                                                                           Data Sheet

TYPICAL PERFORMANCE CHARACTERISTICS

VIN = 3.6 V, TA = 25°C, VEN = VIN, unless otherwise noted.

                        24                                                                                                                           1400

                                                           +85°C                                                                                     1300

                        22

QUIESCENT CURRENT (µA)                                                                                                                               1200

                        20                                                                                                       CURRENT LIMIT (A)

                                                           +25°C                                                                                     1100

                        18                                                                                                                           1000

                                                           –40°C                                                                                     900

                        16

                                                                                                                                                     800

                        14

                                                                                                                                                     700

                        12                                                                     07964-004                                             600                                                                              07964-007

                        2.5      3.0         3.5      4.0         4.5          5.0        5.5                                                              2.7  2.9  3.1  3.3  3.5  3.7  3.9  4.1  4.3  4.5  4.7  4.9  5.1  5.3  5.5

                                                  INPUT VOLTAGE (V)                                                                                                                 INPUT VOLTAGE (V)

                               Figure 3. Quiescent Supply Current vs. Input Voltage                                                                             Figure 6. PMOS Current Limit vs. Input Voltage

                        3500                                                                                                                         0.15

                        3400                                                                                                                         0.14

                        3300                                                                                                                         0.13

                        3200                                                                                                     OUTPUT CURRENT (A)  0.12

FREQUENCY (kHz)                       –40°C                                                                                                          0.11

                        3100

                                                                                                                                                     0.10

                        3000

                                      +25°C                                                                                                          0.09

                        2900          +85°C                                                                                                          0.08

                        2800                                                                                                                                    –40°C

                                                                                                                                                     0.07

                        2700                                                                                                                                                   PWM TO PSM                    PSM TO PWM

                                                                                                                                                     0.06

                        2600                                                                                                                                    +85°C

                                                                                                                                                     0.05

                        2500                                                                   07964-005                                             0.04                                                                             07964-008

                            2.3  2.8         3.3  3.8      4.3            4.8        5.3                                                                   2.5         3.0          3.5       4.0       4.5            5.0       5.5

                                                  INPUT VOLTAGE (V)                                                                                                                 INPUT VOLTAGE (V)

                                 Figure 4. Switching Frequency vs. Input  Voltage                                                                               Figure 7. Mode Transition Across Temperature

                        1.840                                                                                                                        0.15

                                                           IOUT = 10mA

                        1.835                                                                                                                        0.14

                        1.830                                                                                                                        0.13

OUTPUT VOLTAGE (V)      1.825                              IOUT = 150mA                                                          OUTPUT CURRENT (A)  0.12

                        1.820                                                                                                                        0.11

                        1.815                              IOUT = 500mA                                                                              0.10

                        1.810                                                                                                                        0.09

                                                                                                                                                                                         PSM TO PWM

                        1.805                                                                                                                        0.08                                PWM TO PSM

                        1.800                                                                                                                        0.07

                        1.795                                                                  07964-006                                             0.06                                                                             07964-009

                            –45  –25         –5   15       35             55        75                                                                     2.5         3.0          3.5       4.0       4.5            5.0       5.5

                                                  TEMPERATURE (°C)                                                                                                                  INPUT VOLTAGE (V)

                                 Figure 5. Output Voltage vs. Temperature                                                                                                      Figure 8. Mode Transition

                                                                                                          Rev. B | Page 6 of 16
Data Sheet                                                                                                                                                                                         ADP2109

                    1.825                                                                                                             100

                                                                                                                                         90

                    1.815                                                                                                                80

(V)                                                           VIN = 2.7V                                                                 70

OUTPUT VOLTAGE      1.805                                     VIN = 3.6V                                              EFFICIENCY (%)     60
                                                              VIN = 4.5V
                                                              VIN = 5.5V                                                                         VIN  = 2.7V

                                                                                                                                         50      VIN  = 3.6V

                                                                                                                                                 VIN  = 4.5V

                    1.795                                                                                                                40      VIN  = 5.5V

                                                                                                                                         30

                    1.785                                                                                                                20

                                                                                                                                         10

                    1.775                                                           07964-010                                            0                                                                           07964-013

                           0  0.1         0.2  0.3  0.4                   0.5  0.6                                                       0.001                0.01                  0.1                   1

                                          OUTPUT CURRENT (A)                                                                                                  OUTPUT CURRENT        (A)

                              Figure 9. Load Regulation, VOUT = 1.8 V                                                                                 Figure  12. Efficiency, VOUT  = 1.0  V

                    1.025

                              VIN = 2.7V                                                                                                              VIN
                              VIN = 3.6V
                    1.020     VIN = 4.5V

                              VIN = 5.5V

                    1.015                                                                                                             3

OUTPUT VOLTAGE (V)                                                                                                                                    SW

                    1.010

                    1.005

                    1.000                                                                                                             4

                                                                                                                                                      VOUT

                    0.995

                                                                                                                                      1

                    0.990

                    0.985                                                           07964-011                                            CH1 50mV                   M 40µs                 A  CH3  3.26V  07964-014

                           0  0.1         0.2  0.3  0.4                   0.5  0.6

                                                                                                                                         CH3 1V       CH4 2V        T  10.80%

                                          OUTPUT CURRENT (A)

                              Figure 10. Load Regulation, VOUT = 1.0 V                                                Figure 13. Line Transient, VOUT = 1.8 V, Power Save Mode, ILOAD = 20 mA

                    100

                    90                                                                                                                                        VIN

                    80

                    70        VIN = 2.7V

EFFICIENCY (%)      60        VIN = 3.6V                                                                                                                      SW

                              VIN = 4.5V

                    50        VIN = 5.5V

                    40                                                                                                                3

                    30                                                                                                                4

                    20                                                                                                                                        VOUT

                                                                                                                                      1

                    10

                    0                                                               07964-012                                                   20mV                M 40µs                 A  CH3  3.26V  07964-015

                    0.001          0.01             0.1                        1                                                         CH3 1V       CH4 2V

                                                                                                                                                                       10.80%

                                          OUTPUT CURRENT (A)

                              Figure 11. Efficiency, VOUT = 1.8 V                                                                        Figure 14. Line Transient, VOUT = 1.8 V, PWM, ILOAD =100 mA

                                                                                               Rev. B | Page 7 of 16
ADP2109                                                                                                                                                  Data Sheet

                                                                                                                       SW

                     VIN

                                                                                                    4

                     SW                                                                                                VOUT

                                                                                                    1

3

4

                                                                                                                 IOUT

                     VOUT                                                                           2

1

   CH1 50mV                M 40µs     A               CH3  3.26V  07964-016                            CH1 50mV  CH2   50mA Ω  M 40µs              A     CH2     12mA  07964-019

   CH3 1V    CH4 2V        T  10.80%                                                                             CH4 2V        T   25.4%

             Figure 15. Line Transient, VOUT = 1.0 V                                                   Figure 18. Load Transient, VOUT = 1.8 V, 5 mA to 50 mA

   SW

                                                                                                       SW

                                                                                                    4

4

   VOUT                                                                                                IL

1                                                                                                   2

                                                                                                       VOUT                    EN

                                                                                                    1

2  IOUT

                                                                                                    3

   CH1 50mV  CH2  200mA Ω  M 40µs     A               CH2  36mA   07964-017                            CH1 1V    CH2 250mA     M 40µs                    A  CH3  2V    07964-020

             CH4 2V        T  19.80%                                                                   CH3 5V    CH4 5V        T   10.80%

   Figure 16. Load Transient, VOUT = 1.8 V, 300 mA to 600 mA                                                   Figure 19. Startup, VOUT = 1.8  V,  400  mA

                                                                                                                 SW

                                                                                                    4

4

   SW

1                                                                                                                IL

                                                                                                    2

   VOUT

   IOUT                                                                                                          VOUT              EN

                                                                                                    1

2

                                                                                                    3

   CH1 50mV  CH2  250mA    M 40µs     A  CH2               5mA    07964-018                            CH1 1V    CH2 250mA     M 40µs                    A  CH3  2V    07964-021

             CH4 2V        T  25.4%                                                                    CH3 5V    CH4 5V        T   10.80%

   Figure 17. Load Transient, VOUT = 1.8 V, 50 mA to 300 mA                                                      Figure 20. Startup, VOUT = 1.8 V, 5 mA

                                                                             Rev. B | Page 8 of 16
Data  Sheet                                                                                                                                                                                   ADP2109

                  SW                                                                                                                                                       SW

4

                                                                                                                                        4

                  IL                                                                                                                                                       IL

2

                 VOUT

1                                   EN                                                                                                  2

                                                                                                                                                                           VOUT

                                                                                                                                        1

3

      CH1  500mV  CH2 500mA         M 40µs             A  CH3      2.1V  07964-022                                                         CH1 20mV        CH2   200mA     M 200ns    A  CH4  2.64V            07964-023

      CH3  5V     CH4 5V            T   19.80%                                                                                                             CH4 2V          T     20%

               Figure 21. Startup,  VOUT = 1.0  V,  600 mA                                                                                           Figure 24. Typical PWM Waveform, 200 mA

                                                       VIN = 5.5V                                                                       120

                                                       LOAD = 0mA

                          VOUT                         VOUT = 1.0V                                         RELATIVE OUTPUT VOLTAGE (%)  100

                                                                                                                                           80

1

                                                                                                                                           60

                          ENABLE

                                                                                                                                           40                              50µF

3

                             SW                                                                                                            20                    20µF

4                                                                                                                                                 10µF

      CH1 500mV                     M 4.00ms        A  CH1     380mV     07964-030                                                         0                                                                              07964-031

      CH3 2.00V   CH4 5.00V         T   73.40%                                                                                                 0  1  2  3  4  5  6  7   8  9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

                                                                                                                                                                           TIME (ms)

      Figure 22. Typical Discharge Curve, VOUT = 1.0 V, VIN = 5.5 V                                        Figure 25. Discharge Profile with Different Values of Output Capacitors

                                    SW

4

                                    IL

2

                                    VOUT

1

      CH1 50mV    CH2  500mA        M 2µs           A  CH4     2.64mA    07964-024

                  CH4 2V            T   20%

      Figure 23. Typical Power Save Mode Waveform, 50 mA

                                                                                    Rev. B | Page 9 of 16
ADP2109                                                                                                                         Data Sheet

THEORY OF OPERATION

                                                                                               PWM

                                                                       GM ERROR                COMP

                                                                       AMP

                                                                                                                VIN

                                                         SOFT    START

                                                                                               ILIMIT

                FB

                                                                 PSM

                                                                 COMP

                                                                            PWM/               LOW

                                                                            PSM   CURRENT

                                                                        CONTROL

                                                                                                                SW

                                                    OSCILLATOR                                 DRIVER

                                                                                               AND

                                                                                  ANTISHOOT-

                                                    UNDERVOLTAGE                               THROUGH

                                                         LOCKOUT

                                                         THERMAL                                                GND

                                                    SHUTDOWN

                                                                                                       ADP2109

                                                                            EN                                       07964-025

                                                         Figure 26. Functional Block Diagram

The ADP2109 is a step-down dc-to-dc converter that uses a                         synchronous rectifier stays on for the rest of the cycle. The

fixed frequency and high speed current mode architecture. The                     ADP2109 regulates the output voltage by adjusting the peak

high switching frequency and tiny 5-ball WLCSP package allow                      inductor current threshold.

for a small step-down dc-to-dc converter solution.                                POWER SAVE MODE

The ADP2109 operates with an input voltage of 2.3 V to 5.5 V and                  The ADP2109 smoothly transitions to the power save mode

regulates an output voltage down to 1.0 V.                                        of operation when the load current decreases below the power

CONTROL SCHEME                                                                    save mode current threshold. On entry to power save mode,

The ADP2109 operates with a fixed frequency, current mode                         an offset is induced in the PWM regulation level, which makes

PWM control architecture at medium to high loads for high                         the output voltage rise. When it has reached a level of approx-

efficiency, but it shifts to a power save mode control scheme                     imately 1.5 % above the PWM regulation level, PWM operation

at light loads, to lower the regulation power losses. When                        is turned off. At this point, both power switches are off and the

operating in fixed frequency PWM mode, the duty cycle of the                      ADP2109 enters an idle mode. COUT discharges until VOUT falls

integrated switches is adjusted and regulates the output voltage.                 to the PWM regulation voltage, at which point the device drives

When operating in power save mode at light loads, the output                      the inductor to make VOUT rise again to the upper threshold.

voltage is controlled in a hysteretic manner, with higher VOUT                    This process repeats while the load current is below the power

ripple. During part of this time, the converter is able to stop                   save mode current threshold.

switching and enters an idle mode, which improves conversion                      Power Save Mode Current Threshold

efficiency.                                                                       The power save mode current threshold is set to 80 mA. The

PWM MODE                                                                          ADP2109 employs a scheme that enables this current to remain

In PWM mode, the ADP2109 operates at a fixed frequency of                         accurately controlled, independent of VIN and VOUT levels. This

3 MHz, set by an internal oscillator. At the start of each oscillator             scheme also ensures that there is very little hysteresis between

cycle, the PFET switch is turned on, putting a positive voltage                   the power save mode current threshold for entry to and exit

across the inductor. Current in the inductor increases until the                  from the power save mode. The power save mode current

current sense signal crosses the peak inductor current threshold                  threshold has been optimized for excellent efficiency over

that turns off the PFET switch and turns on the NFET syn-                         all load currents.

chronous rectifier. This puts a negative voltage across the

inductor, causing the inductor current to decrease. The

                                                                       Rev. B | Page 10 of 16
Data Sheet                                                                                                              ADP2109

ENABLE/SHUTDOWN                                                     SOFT START

The ADP2109 starts operation with soft start when the EN pin        The ADP2109 has an internal soft start function that ramps

is toggled from logic low to logic high. Pulling the EN pin low     the output voltage in a controlled manner upon startup, thereby

forces the device into shutdown mode, reducing the shutdown         limiting the inrush current. This prevents possible input voltage

current below 1 μA.                                                 drops when a battery or a high impedance power source is

DISCHARGE SWITCH                                                    connected to the input of the converter.

The ADP2109 has an integrated resistor of typically 150 Ω, as       After the EN pin is driven high, internal circuits start to power

shown in Figure 27, to discharge the output capacitor when the      up. The time required to settle after the EN pin is driven high is

EN pin goes low or when the device goes into under-voltage          called the power-up time. After the internal circuits are powered

lock out or thermal shutdown. The time to discharge is typically    up, the soft start ramp is initiated and the output capacitor is

200 µs.                                                             charged linearly until the output voltage is in regulation. The

                                                                    time required for the output voltage to ramp is called the soft

                          FB                                        start time.

                                                                    Start-up time in the ADP2109 is the measure of when the output

                                                                    is in regulation after the EN pin is driven high. Start-up time

                              07964-002                             consists of the power-up time and soft start time.

          Figure 27. Internal Discharge Switch on Feedback          CURRENT LIMIT

                                                                    The ADP2109 has protection circuitry to limit the amount of

                                                                    positive current flowing through the PFET switch and through

SHORT-CIRCUIT PROTECTION                                            the synchronous rectifier. The positive current limit on the

The ADP2109 includes frequency foldback to prevent output           power switch limits the amount of current that can flow from

current runaway on a hard short. When the voltage at the feed-      the input to the output. The negative current limit prevents the

back pin falls below half of the target output voltage, indicating  inductor current from reversing direction and flowing out of

the possibility of a hard short at the output, the switching fre-   the load.

quency is reduced to half of the internal oscillator frequency.     100% DUTY OPERATION

The reduction in the switching frequency allows more time           With a drop in VIN, or an increase in ILOAD, the ADP2109

for the inductor to discharge, preventing a runaway of output       reaches the limit where, even with the PFET switch on 100%

current.                                                            of the time, VOUT drops below the desired output voltage. At

UNDERVOLTAGE LOCKOUT                                                this limit, the ADP2109 smoothly transitions to a mode where

To protect against battery discharge, undervoltage lockout          the PFET switch stays on 100% of the time. When the input

circuitry is integrated on the ADP2109. If the input voltage        conditions change again and the required duty cycle falls,

drops below the 2.15 V undervoltage lockout (UVLO) thre-            the ADP2109 immediately restarts PWM regulation without

shold, the ADP2109 shuts down and both the power switch             allowing overshoot on VOUT.

and synchronous rectifier turn off. When the voltage rises

above the UVLO threshold, the soft start period is initiated,

and the part is enabled.

THERMAL PROTECTION

In the event the ADP2109 junction temperatures rise above 150°C,

the thermal shutdown circuit turns off the converter. Extreme

junction temperatures can be the result of high current opera-

tion, poor circuit board design, and/or high ambient temperature.

A 20°C hysteresis is included so that when thermal shutdown

occurs, the ADP2109 does not return to operation until the

on-chip temperature drops below 130°C. When coming out

of thermal shutdown, soft start is initiated.

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ADP2109                                                                                                                                   Data Sheet

APPLICATIONS INFORMATION

ADISIMPOWER DESIGN TOOL                                                  Output Capacitor

The ADP2109 is supported by ADIsimPower design tool set.                 Higher output capacitor values reduce the output voltage ripple

ADIsimPower is a collection of tools that produce complete power         and improve load transient response. When choosing this value,

designs optimized for a specific design goal. The tools enable           it is also important to account for the loss of capacitance due to

the user to generate a full schematic, bill of materials, and calculate  output voltage dc bias.

performance in minutes. ADIsimPower can optimize designs for             Ceramic capacitors are manufactured with a variety of dielectrics,

cost, area, efficiency, and parts count while taking into consideration  each with a different behavior over temperature and applied

the operating conditions and limitations of the IC and all real          voltage. Capacitors must have a dielectric that is adequate to

external components. For more information about ADIsimPower              ensure the minimum capacitance over the necessary temper-

design tools, refer to www.analog.com/ADIsimPower. The tool              ature range and dc bias conditions. X5R or X7R dielectrics

set is available from this website, and users can also request an        with a voltage rating of 6.3 V or 10 V are recommended for

unpopulated board through the tool.                                      best performance. Y5V and Z5U dielectrics are not recom-

EXTERNAL COMPONENT SELECTION                                             mended for use with any dc-to-dc converter because of their

Parameters like efficiency and transient response can be                 poor temperature and dc bias characteristics.

affected by varying the choice of external components in                 The worst-case capacitance accounting for capacitor variation

the applications circuit, as shown in Figure 1.                          over temperature, component tolerance, and voltage is

Inductor                                                                 calculated using the following equation:

The high switching frequency of the ADP2109 allows for the                                       CEFF = COUT × (1 – TEMPCO) × 1(1 – TOL)

selection of small chip inductors. For best performance, use             where:

inductor values between 0.7 μH and 3 μH. Recommended                     CEFF is the effective capacitance at the operating voltage.

inductors are shown in Table 6.                                          TEMPCO is the worst-case capacitor temperature coefficient.

The peak-to-peak inductor current ripple is calculated using             TOL is the worst-case component tolerance.

the following equation:                                                  In this example, the worst-case temperature coefficient (TEMPCO)

      I RIPPLE  =  VOUT × (VIN − VOUT )                                  over −40°C to +85°C is assumed to be 15% for an X5R dielectric.

                     VIN × fSW × L                                       The tolerance of the capacitor (TOL) is assumed to be 10%, and

                                                                         COUT is 9.2481 μF at 1.8 V from the graph in Figure 28.

where:                                                                   Substituting these values in the equation yields

fSW is the switching frequency.

L is the inductor value.                                                                         CEFF = 9.2481 μF × (1 – 0.15) × (1 – 0.1) = 7.0747 μF

The minimum dc current rating of the inductor must be greater            To guarantee the performance of the ADP2109, it is imperative

than the inductor peak current. The inductor peak current is             that the effects of dc bias, temperature, and tolerances on the

calculated using the following equation:                                 behavior of the capacitors be evaluated for each application.

                                   I RIPPLE                                                      12

      I PEAK    =  I LOAD(MAX)  +  2

                                                                                                 10

Inductor conduction losses are caused by the flow of current

through the inductor, which has an associated internal DCR.              CAPACITANCE (µF)        8

Larger sized inductors have smaller DCR, which may decrease

inductor conduction losses. Inductor core losses are related to                                  6

the magnetic permeability of the core material. Because the

ADP2109 is a high switching frequency dc-to-dc converter,                                        4

shielded ferrite core material is recommended for its low core

losses and low EMI.                                                                              2

Table 6. Suggested 1.0 μH Inductors                                                              0                                                      07964-026

Vendor        Model                Dimensions       ISAT (mA)  DCR (mΩ)                              0  1  2  3  4              5                    6

Murata        LQM2HPN1R0M          2.5 × 2.0 × 1.1  1500       90                                          DC BIAS VOLTAGE (V)

Coilcraft     LPS3010-102          3.0 × 3.0 × 0.9  1700       85                                          Figure 28. Typical Capacitor Performance

Toko          MDT2520-CN           2.5 × 2.0 × 1.2  1800       100

TDK           CPL2512T             2.5 × 1.5 × 1.2  1500       100

                                                                         Rev. B | Page 12 of 16
Data Sheet                                                                                                                      ADP2109

The peak-to-peak output voltage ripple for a chosen output               However, in applications with maximum loads at high ambient

capacitor and inductor values is calculated using the following          temperature, low supply voltage, and high duty cycle, the heat

equation:                                                                dissipated in the package is great enough that it may cause the

                           VIN                       I RIPPLE            junction temperature of the die to exceed the maximum junction

     ( ) VRIPPLE =                         =                             temperature of 125°C. If the junction temperature exceeds
              2π × f SW    × 2 × L × COUT      8 × f SW × COUT
                                                                         150°C, the converter goes into thermal shutdown. It recovers

Capacitors with lower equivalent series resistance (ESR) are             when the junction temperature falls below 130°C.

preferred to guarantee low output voltage ripple, as shown in the        The junction temperature of the die is the sum of the ambient

following equation:                                                      temperature of the environment and the temperature rise of the

     ESRCOUT  ≤  VRIPPLE                                                 package due to power dissipation, as shown in the following

                 I RIPPLE                                                equation:

The effective capacitance needed for stability, which includes                               TJ = TA + TR

temperature and dc bias effects, is 7 µF.                                where:

Table 7. Suggested 10 μF Capacitors                                      TJ is the junction temperature.

                                               Case        Voltage       TA is the ambient temperature.

Vendor        Type         Model               Size        Rating (V)    TR is the rise in temperature of the package due to power

Murata        X5R          GRM188R60J106       0603        6.3           dissipation to it.

Taiyo Yuden   X5R          JMK107BJ106         0603        6.3           The rise in temperature of the package is directly proportional

TDK           X5R          C1608JB0J106K       0603        6.3           to the power dissipation in the package. The proportionality

                                                                         constant for this relationship is the thermal resistance from the

Input Capacitor                                                          junction of the die to the ambient temperature, as shown in the

Higher value input capacitors help to reduce the input voltage           following equation:

ripple and improve transient response.                                                       TR = θJA × PD

Maximum input capacitor current is calculated using the                  where:

following equation:                                                      TR is the rise of temperature of the package.

                           VOUT (VIN − VOUT )                            θJA is the thermal resistance from the junction of the die to the

     I CIN  ≥ I LOAD(MAX)         VIN                                    ambient temperature of the package.

                                                                         PD is the power dissipation in the package.

To minimize supply noise, place the input capacitor as close as          PCB LAYOUT GUIDELINES

possible to the VIN pin of the ADP2109 IC. As with the output            Poor layout can affect ADP2109 performance causing

capacitor, a low ESR capacitor is recommended.                           electromagnetic interference (EMI) and electromagnetic

The list of recommended capacitors is shown in Table 8.                  compatibility (EMC) problems, ground bounce, and voltage

Table 8. Suggested 4.7 μF Capacitors                                     losses. Poor layout can also affect regulation and stability.

                                                                Voltage  A good layout is implemented using the following rules:

                                                     Case       Rating   •                   Place the inductor, input capacitor, and output capacitor

Vendor        Type         Model                     Size       (V)                          close to the IC using short tracks. These components carry

Murata        X5R          GRM188R60J475ME19         0603       6.3                          high switching frequencies and the large tracks act like

Taiyo Yuden   X5R          JMK107BJ475               0603       6.3                          antennas.

TDK           X5R          C1608X5R0J475             0603       6.3      •                   Route the output voltage path away from the inductor and

THERMAL CONSIDERATIONS                                                                       SW node to minimize noise and magnetic interference.

Because of the high efficiency of the ADP2109, only a small              •                   Maximize the size of ground metal on the component side

amount of power is dissipated inside the ADP2109 package,                                    to help with thermal dissipation.

which reduces thermal constraints.                                       •                   Use a ground plane with several vias connecting to the

                                                                                             component side ground to further reduce noise interfe-

                                                                                             rence on sensitive circuit nodes.

                                                                     Rev. B | Page 13 of 16
ADP2109                                                                                                               Data Sheet

EVALUATION  BOARD

                                                ADP2109             L1

                           TB1  VIN         A1               B   1  1µH  2       VOUT  TB3

                   VIN                          VIN      SW                                       VOUT

                                     CIN    A2  GND

                           TB2       4.7µF                                       COUT

                   EN           EN          C1  EN       FB  C2                  10µF

                           TB5                       U1                                TB4                 07964-027

                   GND IN                                                                         GND OUT

                                          Figure 29. Evaluation Board Schematic

                                                                                       07964-028

                                     Figure 30. Top Layer, Recommended Layout

                                                                                       07964-029

                                     Figure 31. Bottom Layer, Recommended Layout

                                                Rev. B | Page 14 of 16
Data Sheet                                                                                                                                  ADP2109

OUTLINE DIMENSIONS

                                                                             0.657

                                    1.06                                     0.602

                                    1.02                                     0.546                       0.50

                                    0.98                    0.022                                        REF

                                                            REF              SEATING

                                                                             PLANE                             2  1

                                                                                                                               A

                    BALL A1                                                  0.330

            IDENTIFIER                         1.49                          0.310

                                               1.45                                       0.866                   0.50

                                                                             0.290        REF                                  B

                                               1.41

                                                                                                                               C

                             TOP VIEW                       0.355            COPLANARITY                 BOTTOM VIEW

                             (BALL SIDE DOWN)               0.330            0.04                              (BALL SIDE UP)

                                                            0.304            0.280

                                                                             0.250                                                021109-B

                                                                             0.220

                                               Figure 32. 5-Ball Wafer Level Chip Scale Package [WLCSP]

                                                                   (CB-5-3)

                                                       Dimensions shown in millimeters

ORDERING GUIDE

                             Temperature       Output                                                                             Package

Model1                       Range             Voltage (V)  Package Description                                                   Option    Branding

ADP2109ACBZ-1.0-R7           –40°C to +125°C   1.0          5-Ball Wafer Level Chip Scale Package [WLCSP]                         CB-5-3    L9D

ADP2109ACBZ-1.2-R7           –40°C to +125°C   1.2          5-Ball Wafer Level Chip Scale Package [WLCSP]                         CB-5-3    L9E

ADP2109ACBZ- 1.5-R7          –40°C to +125°C   1.5          5-Ball Wafer Level Chip Scale Package [WLCSP]                         CB-5-3    LDA

ADP2109ACBZ-1.8-R7           –40°C to +125°C   1.8          5-Ball Wafer Level Chip Scale Package [WLCSP]                         CB-5-3    L9F

ADP2109CB-1.8EVALZ                                          Evaluation Board for 1.8 V

1 Z = RoHS Compliant Part.

                                                            Rev. B | Page 15 of 16
ADP2109                                                                                      Data Sheet

NOTES

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         D07964-0-7/12(B)

                                                                     Rev. B | Page 16 of 16
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