核心优势： 1.8V-5V宽输入 | 2.85V-4.4V可编程输出（50mV步进）| 2A负载能力 | 同步整流 | 真旁路/强制旁路 | GPIO多功能（nRST/nFAULT/模式选择）| 低静态强制旁路（4μA）| 超低关断电流（<1μA）| 软启动与放电功能 | 完整保护（OCP/OVP/UVP/OTP/UVLO）| WL-CSP超小封装。

 

1. 产品概述与市场定位

随着智能手机、可穿戴设备及物联网终端对电池续航能力的要求不断提高，新一代锂电池（如高电压 LiCoO2 或 LiFePO4）在放电末期电压可能低于系统所需的最低工作电压（例如3.3V）。CXSU63315A 作为一款 同步升压转换器，能够在电池电压低至1.8V时仍稳定输出所需电压，从而充分利用电池容量，延长设备运行时间。芯片的 真旁路模式 在输入电压高于设定输出时自动将输入直通输出，避免了升压模式下的开关损耗，提升轻载效率。其 GPIO 引脚 支持灵活的功能配置——可作为 手动复位输入（nRST） 触发芯片重启，或作为 故障中断输出（nFAULT） 向主控报告异常状态，亦可配置为 模式选择输入 切换 PFM/PWM 工作模式。CXSU63315A 采用 WL-CSP-16B（1.67×1.67mm） 超小封装，配合仅需 0.47μH 电感 和 0603 尺寸的输入输出电容，整体解决方案面积小，非常适合空间受限的移动设备。

2. 主要特点与技术亮点

• 极少外部元件：仅需 0.47μH 电感、10μF 输入电容和 22μF×3 输出电容（0603 尺寸）。
• 双默认输出电压：VSEL=L 时默认 3.15V，VSEL=H 时默认 3.4V，均可通过 I2C 寄存器（VOUTFLOOR/VOUTROOF）编程调整。
• 四种工作模式：通过 EN 和 nBYP 组合实现关断、低静态强制旁路（4μA）、强制旁路（15μA）、升压/自动旁路模式。
• GPIO 灵活配置：Reg.0x01[3] 可设 GPIO 为 nRST/nFAULT（默认）或模式选择输入，支持手动复位和故障上报。
• 放电功能：GPIO 配置为 nRST/nFAULT 时，GPIO 拉低触发放电，2ms 后释放（关机模式立即释放）。
• 扩频调制：I2C 可启用扩频（SSFM），改善 EMI 性能。
• 多重保护：输入欠压锁定（UVLO）、逐周期谷值电流限制、输入过压保护（OVP，5.7V）、输出欠压保护（UVP，80% VOUT）、过温保护（OTP，160°C）。

3. 引脚配置与功能描述

CXSU63315A 采用 WL-CSP-16B（1.67×1.67mm）封装，球间距0.4mm。主要引脚包括：EN（使能）、GPIO（通用输入/输出，可配置为 nRST/nFAULT 或模式选择）、VIN（输入）、VSEL（电压选择）、SCL/SDA（I2C时钟/数据）、nBYP（强制旁路控制）、LX（开关节点）、VOUT（输出）、AGND（模拟地）和 PGND（功率地）。详细引脚分布请参考数据手册。

图1. 引脚封装图（WL-CSP-16B 顶视图）

4. 典型应用电路

CXSU63315A 的典型应用电路极为简洁：输入电容 CIN（10μF）、输出电容 COUT（22μF×3）、功率电感 L（0.47μH）以及必要的控制电阻。芯片通过 LX 引脚驱动内部同步功率管，输出电压经反馈网络（内部设定）调节。VSEL 和 I2C 用于设定输出电压，nBYP 和 EN 控制工作模式，GPIO 提供灵活的系统交互。

图2. 典型应用电路（CXSU63315A 升压稳压器）

5. 极限参数与电气特性

符号	参数	最小值	最大值	单位
VIN, VOUT, LX, EN, GPIO, VSEL, SCL, SDA, nBYP	对 AGND 电压	-0.2	6	V
LX（<200ns）	开关节点瞬态电压	-3	6	V
TJ	结温范围	-40	150	°C
TSTG	存储温度	-65	150	°C
ESD（HBM）	人体模型	—	2	kV

参数	最小值	最大值	单位
VIN 输入电压	1.8	5	V
VOUT 输出电压	2.85	4.4	V
环境温度	-40	85	°C
结温	-40	125	°C

参数	条件	典型值	单位
VIN 工作范围	—	1.8-5	V
静态电流（自动旁路）	VIN=3.8V	35	μA
静态电流（升压模式，空载）	VIN=3V，开关	55	μA
静态电流（强制旁路，低静态）	VIN=3.6V	4	μA
静态电流（强制旁路）	VIN=3.6V	15	μA
关断电流	EN=0V，nBYP=H	<1	μA
UVLO 上升阈值	—	1.6	V
UVLO 滞回	—	200	mV
输出放电电阻	—	80	Ω
GPIO 低电平电压	IGPIO=5mA	0.4	V
逻辑高电平	EN, VSEL, nBYP, SCL, SDA, GPIO	1.2	V
开关频率	—	2.5	MHz
最大负载电流	VIN>2.65V 升压至3.35V	2	A
旁路 FET 电流限制	—	4	A
输入过压保护（OVP）	—	5.7	V

6. 工作原理与设计指导

6.1 工作模式与状态机

CXSU63315A 具有四种工作模式，通过 EN 和 nBYP 引脚组合选择：

• 关断模式（EN=0，nBYP=1）：芯片完全关断，输出与输入断开，关断电流 <1μA。
• 低静态强制旁路模式（EN=0，nBYP=0）：旁路 FET 导通，输入直接连接到输出，静态电流仅 4μA（典型），适合极低功耗待机场景。
• 强制旁路模式（EN=1，nBYP=0）：旁路 FET 导通，静态电流约 15μA，支持 4A 旁路电流限制。
• 升压/自动旁路模式（EN=1，nBYP=1）：芯片自动检测输入电压，当 VIN > VOUT_TARGET 时进入自动旁路模式；当 VIN < VOUT_TARGET 时进入升压模式，维持输出稳定。

上电后，芯片首先进入 LIN（线性启动）状态：LIN1 以 1A 预充输出电容（800μs），若 VIN - VOUT > 300mV 则进入 LIN2 以 2A 预充（1600μs），之后进入软启动，最后进入升压或旁路模式。若启动过程中出现故障（如输出短路或超时），芯片进入故障态并 1ms 后尝试重启。

6.2 升压模式与自动 PFM/PWM 控制

在升压模式下，芯片采用同步整流架构，内部高侧 P-MOSFET 和低侧 N-MOSFET 交替导通，实现高效升压。为提升轻载效率，芯片在电感电流断续（DCM）时自动切换至 PFM（脉冲频率调制） 模式，开关频率随负载变化；当负载增加至电感电流连续（CCM）时，自动切换至 PWM（固定频率脉宽调制） 模式。GPIO 配置为模式选择输入时，可通过 GPIO 电平强制选择 PFM/PWM 或自动切换。

6.3 输出电压设置

输出电压可通过 VSEL 引脚硬件设定，或通过 I2C 寄存器动态调整：

• VSEL=低：默认输出 3.15V（VOUTFLOOR 寄存器，地址 0x02）。
• VSEL=高：默认输出 3.4V（VOUTROOF 寄存器，地址 0x03）。
• I2C 编程：VOUTFLOOR 和 VOUTROOF 寄存器的 VOUT[4:0] 位可设置 2.85V 至 4.4V 之间的任意电压，步进 50mV。

I2C 接口支持快速模式（400kbps），从机地址为 0x75（7位）。

6.4 GPIO 多功能配置

GPIO 引脚通过 Reg.0x01[3] 配置两种功能模式：

• 模式 0（默认，GPIOCFG=0）：GPIO 支持手动复位输入（nRST）和故障中断输出（nFAULT）。GPIO 为开漏输出，故障发生时拉低；外部可拉低 GPIO 触发芯片重启（放电功能在 GPIO 拉低时触发，2ms 后释放，关机模式立即释放）。
• 模式 1（GPIOCFG=1）：GPIO 作为模式选择输入。GPIO=低时选择自动 PFM/PWM 操作，GPIO=高时强制 PWM 操作（需配合 MODE_CTRL 寄存器设置）。

6.5 保护机制

• 输入欠压锁定（UVLO）：VIN 低于 1.6V（最大）时关闭芯片，高于 1.8V 时恢复，滞回 200mV。
• 逐周期谷值电流限制：升压模式下监测电感电流，防止过载，可编程限流值（1500mA-5000mA）。
• 旁路过流保护：旁路模式下电流限制约 4A。
• 输入过压保护（OVP）：VIN 超过 5.7V 时关断芯片，降至 5.6V 以下恢复。
• 输出欠压保护（UVP）：VOUT 低于目标值的 80% 时触发故障，芯片关断 2ms 后重启。
• 过温保护（OTP）：结温超过 160°C 时关断芯片，冷却 20°C 滞回后重启。
• 故障状态：线性启动失败、软启动失败、UVP、OTP 均触发故障态，芯片关断 1ms 后自动重启。

6.6 元件选型指导

• 电感 L：推荐 0.47μH，饱和电流 ≥3.5A（建议按电流限值 4500mA 选型），DCR 低（如 Murata DFE252012F-R47M）。
• 输入电容 CIN：至少 10μF 陶瓷电容（X5R/X7R，耐压 ≥6.3V，0603 尺寸），靠近 VIN 和 PGND 放置。
• 输出电容 COUT：推荐 22μF × 3 陶瓷电容（X5R/X7R，0603 尺寸），靠近 VOUT 和 PGND，以降低输出纹波。输出纹波计算：ΔVOUT = ICRMS × RESR + (IOUT × Duty) / (fSW × CMIN)。
• 最大输出电流估算：IOUTMAX = (VIN / VOUT) × η × IINMAX，其中 IINMAX 约等于谷值电流限值，需确保占空比 Duty = 1 - VIN/VOUT < 40%（最大占空比限制）。

7. 基于 CXSU63315A 的智能手机电源设计实例

设计目标：一款智能手机，采用单节 LiFePO4 电池（标称3.2V，放电终止电压2.5V），需为系统 PMIC 提供稳定的 3.4V/1.8A 电源，并支持通过 GPIO 实现故障上报和手动复位。

• 系统配置：选用 CXSU63315A（WL-CSP 封装），VIN=2.5V-4.2V，VOUT 设定为 3.4V（VSEL=H），最大负载 1.8A。
• 电感：0.47μH，饱和电流 4A（Murata DFE252012F-R47M）。
• 输入电容：10μF/6.3V X5R（0603），靠近 VIN 引脚。
• 输出电容：三个 22μF/6.3V X5R（0603）并联，靠近 VOUT 引脚。
• 控制逻辑：EN 接系统使能信号，nBYP 接高电平（自动模式），VSEL 接高（3.4V），GPIO 配置为 nFAULT 输出（默认），连接主控中断引脚，I2C 总线连接主控用于动态调压和状态读取。
• 启动与保护：系统上电后 EN 置高，芯片经过 LIN1/LIN2 预充、软启动后进入升压模式。当电池电压高于 3.8V 时自动切换为旁路模式。若发生 OTP、UVP 等故障，GPIO（nFAULT）拉低通知主控，主控可读取 STATUS 寄存器获取详细故障信息。
• 动态调压：系统进入低功耗模式时，主控通过 I2C 将输出电压降至 3.0V（若负载允许），进一步节省功耗。

8. PCB 布局建议

• 功率回路最小化：输入电容、LX 引脚、电感、输出电容和 PGND 之间的走线应短而宽，减少寄生电阻和电感。
• 输入电容靠近 VIN：CIN 必须尽可能靠近 VIN 和 PGND 引脚，以降低高频噪声。
• 输出电容靠近 VOUT：COUT 应紧靠 VOUT 和 PGND 放置，确保低 ESR 路径，降低输出纹波。
• LX 节点面积最小化：LX 引脚连接电感，该节点高频开关，铜皮面积应尽量小以减少 EMI 辐射。
• 地线分割：AGND 和 PGND 应独立走线，在芯片下方或靠近散热焊盘处单点连接，避免功率地噪声污染小信号地。
• 控制引脚布线：EN、VSEL、nBYP、GPIO、SCL/SDA 走线应远离 LX 和 VOUT 等噪声节点，必要时加下拉电阻防止浮空。
• 散热设计：尽管 WL-CSP 封装尺寸小，但仍需在 PCB 上为芯片提供足够的铜箔散热，特别是 PGND 区域，可加过孔连接到内层地平面。
• I2C 上拉电阻：SCL/SDA 需外接上拉电阻（典型 10kΩ）至 1.8V 或 3.3V 电源，电阻靠近芯片放置。

9. 订购信息与技术支持

CXSU63315A 采用 WL-CSP-16B（1.67×1.67mm） 封装，无铅、RoHS 合规。嘉泰姆电子提供工程样品、量产芯片及全面的技术支持，包括评估板、参考设计和 FAE 现场支持。如需获取完整数据手册、应用笔记或设计咨询，请通过以下方式联系。