MAX1697：60mA SOT23 带关断功能的反相电荷泵

在电子设计领域，电荷泵是一种常用的电压转换器件，能够实现电压的升高、降低或反相。今天，我们就来详细探讨一下 Maxim 公司的 MAX1697 60mA SOT23 带关断功能的反相电荷泵。

文件下载：MAX1697.pdf

一、概述

MAX1697 是一款超小型、单片式 CMOS 电荷泵电压反相器，输入电压范围为 +1.25V 至 +5.5V。它具有超低的 12Ω 输出电阻，能够在最大效率下提供高达 60mA 的负载电流。该器件提供 12kHz、35kHz、125kHz 或 250kHz 四种不同的工作频率，可根据需要优化电源电流或外部元件尺寸。其小巧的外部元件和微功耗关断模式，使其非常适合电池供电和板级电压转换应用。

二、应用领域

1. 负电源生成：可从 +5V 或 +3.3V 逻辑电源生成负电源，为模拟电路供电。
2. 小型 LCD 面板：为 LCD 面板提供合适的电压。
3. GaAsFET 偏置电源：满足 GaAsFET 的偏置需求。
4. 手持终端和 PDA：适用于电池供电的手持设备。
5. 电池供电设备：在各种电池供电的设备中发挥作用。

三、特性亮点

1. 高输出电流：能够提供 60mA 的输出电流，满足大多数应用的需求。
2. 低输出电阻：仅 12Ω 的输出电阻，可有效减少功率损耗。
3. 低电源电流：例如 MAX1697R 的电源电流仅 150µA。
4. 元件简单：仅需两个 1µF 电容（MAX1697U）。
5. 启动电流限制：防止启动时对电源造成过大冲击。
6. 宽输入电压范围：+1.25V 至 +5.5V 的输入电压范围，增强了其适用性。
7. 压摆率限制：降低电磁干扰（EMI）。

四、订购信息

MAX1697 有不同的型号和封装可供选择，具体如下：	PART	TEMP RANGE	PIN - PACKAGE
MAX1697_EUT - T	-40 °C 至 +85 °C	6 SOT23

同时，它还有四种不同的工作频率可供选择，通过在型号后缀中插入相应字母来确定频率：	PART NO. SUFFIX	FREQUENCY (kHz)	TOP MARK
R	12	AABV
S	35	AABW
T	125	AABX
U	250	AABY

此外，在订购时还需注意封装材料的选择，不同后缀代表不同的封装特性。

五、电气特性

1. 电源电压范围

不同型号的 MAX1697 在不同温度下的电源电压范围有所不同，但一般在 1.5V 至 5.5V 之间。

2. 静态电源电流

不同型号的静态电源电流差异较大，例如 MAX1697R 为 150 - 300µA，而 MAX1697U 可达 1800 - 3400µA。

3. 振荡器频率

不同型号对应不同的振荡器频率，如 MAX1697R 为 12kHz，MAX1697U 为 250kHz。

4. 电压转换效率

在 IOUT = 0，TA = +25°C 时，电压转换效率可达 99 - 99.9%。

5. 输出电阻

典型输出电阻为 12Ω，在 IOUT = 60mA，TA = 0°C 至 +85°C 时，最大可达 33Ω。

6. 关断电阻

SHDN = GND 时，OUT 到 GND 的关断电阻为 3 - 8Ω。

六、典型工作特性

文档中给出了大量的典型工作特性曲线，包括输出电压与输出电流的关系、效率与输出电流的关系、输出阻抗与输入电压的关系等。这些曲线可以帮助工程师更好地了解 MAX1697 在不同工作条件下的性能表现，从而进行合理的设计。

七、引脚说明

PIN NAME	FUNCTION
OUT	反相电荷泵输出
IN	电源电压输入，范围为 1.5V 至 5.5V
C1 -	飞跨电容负端
GND	接地
SHDN	关断输入，高电平正常工作，低电平进入关断模式
C1 +	飞跨电容正端

八、详细工作原理

MAX1697 电容式电荷泵通过开关电容的方式实现电压反相。在第一个半周期，开关 S2 和 S4 打开，S1 和 S3 闭合，电容 C1 充电至 IN 端的电压；在第二个半周期，S1 和 S3 打开，S2 和 S4 闭合，C1 的电压向下平移 VIN 伏，与储能电容 C2 并联，从而实现电压反相。

九、效率考虑

MAX1697 的效率在低输出电流时主要受静态电源电流（IQ）影响，在高输出电流时主要受输出阻抗（ROUT）影响，其效率公式为： (eta cong frac{I{OUT }}{I{OUT }+I{Q}}left(1-frac{I{OUT } × R{OUT }}{V{IN }}right)) 输出阻抗大致可表示为： (R{OUT } cong frac{1}{left(f{OSC }right) × C 1}+2 R{S W}+4 ESR{C 1}+ESR_{C 2})

十、保护功能

1. 电流限制

MAX1697 在启动时将输入电流限制在 170mA（典型值），防止低电流或高输出阻抗的输入电源过载。

2. 关断功能

通过将 SHDN 引脚拉低，可使器件进入低功耗关断模式，此时电荷泵停止切换，电源电流降至 2nA，OUT 端通过 3Ω 电阻主动接地。

3. 热关断

当芯片温度超过 +150°C 时，内部时钟停止，器件停止工作；当温度下降 15°C 时，器件恢复工作，防止在温度触发点附近快速振荡。

十一、应用信息

1. 电容选择

• 飞跨电容（C1）：增加 C1 的值可降低输出电阻，但超过一定值后，内部开关电阻和电容 ESR 将成为主导因素。
• 输出电容（C2）：增加 C2 的值可降低输出纹波电压，降低其 ESR 可同时降低输出电阻和纹波。
• 输入旁路电容（C3）：必要时可旁路输入电源，降低其交流阻抗和开关噪声影响，建议使用与 C1 相同值的电容。

  2. 电压反相器应用

  这是 MAX1697 最常见的应用，只需两个外部电容 C1 和 C2，必要时再加一个旁路电容。

  3. 级联应用

  两个 MAX1697 可级联以产生更大的负电压，但级联多个器件时输出电阻会显著增加。

  4. 并联应用

  并联多个 MAX1697 可降低输出电阻，每个器件需要自己的泵电容（C1），而储能电容（C2）可共用。

  5. 组合倍压/反相器应用

  在特定电路中，可同时实现电压反相和倍压功能，但需注意两个输出的总电流不超过 60mA。

  6. 重负载连接到正电源应用

  在重负载情况下，当有较高电源向 OUT 端提供电流时，需在 GND 和 OUT 之间连接一个肖特基二极管，防止 OUT 端电压高于地。

十二、布局和接地

良好的布局对于降低噪声至关重要。应将所有元件尽可能靠近安装，缩短走线以减少寄生电感和电容，并使用接地平面。

十三、总结

MAX1697 是一款功能强大、性能优良的反相电荷泵，具有多种特性和保护功能，适用于多种应用场景。在设计过程中，工程师需要根据具体需求选择合适的型号和工作频率，并合理选择电容等外部元件，同时注意布局和接地，以确保电路的性能和稳定性。你在使用 MAX1697 或其他电荷泵时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。