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 | 真旁路模式 | 强制旁路模式 | I2C可编程 | 超低关断电流（<1μA）| 软启动与负载断开 | 短路与过温保护 | 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）。CXSU63316A 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 I2C 接口 允许主控动态调整输出电压（步进50mV）和工作模式，为系统电源管理提供了极大的灵活性。CXSU63316A 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×2 输出电容（0603/0805 尺寸）。
• 输出电压选择：VSEL 引脚拉低默认 3.6V，拉高默认 3.7V；I2C 可编程范围 2.85V-4.4V（步长 50mV）。
• 自动/强制模式切换：通过 EN 和 nBYP 引脚组合，可设为关机、强制旁路或自动模式（升压/旁路自动切换）。
• 电源良好指示：PGOOD 开漏输出，指示输出电压是否在调节范围内，并反馈故障状态。
• 放电功能：EN 拉低时，内部放电电阻快速释放输出电容余电，确保下次上电时序可靠。
• 扩频调制：I2C 可启用扩频，改善 EMI 性能。
• 热关断：结温超过阈值时自动关断，冷却后重启。

3. 引脚配置与功能描述

CXSU63316A 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）、PGOOD（电源良好）、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

CXSU63316A 的典型应用电路极为简洁：输入电容 CIN（10μF）、输出电容 COUT（22μF×2）、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。

图2. 典型应用电路（CXSU63316A 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	对 AGND 电压	-0.2	6	V
EN, VSEL, PGOOD, nBYP	逻辑引脚电压	-0.2	6	V
LX	开关节点电压	-0.2（PGND）	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
ESD（MM）	机器模型	—	200	V

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）	VIN=3.6V	15	μA
关断电流	EN=0V	<1	μA
UVLO 上升阈值	—	1.6	V
UVLO 滞回	—	200	mV
输出放电电阻	EN=L	80	Ω
PGOOD 低电平电压	IPGOOD=5mA	0.4	V
逻辑高电平	EN, VSEL, nBYP, SCL, SDA	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
输出电压精度	PWM模式	±2	%
最小导通时间	VIN=3V，VOUT=3.5V	80	ns
最大占空比	—	40	%

6. 工作原理与设计指导

6.1 工作模式与状态机

CXSU63316A 具有多种工作模式，通过 EN 和 nBYP 引脚组合选择：

• 关断模式（EN=0）：芯片完全关断，输出与输入断开，关断电流 <1μA。
• 强制旁路模式（EN=1，nBYP=0）：内部旁路 FET 导通，输入直接连接到输出，芯片内部仅保持旁路控制和保护，静态电流约15μA。
• 自动模式（EN=1，nBYP=1）：芯片自动检测输入电压，当 VIN > VOUT_TARGET 时进入旁路模式；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，以最大 1A 或 2A 电流预充输出电容，之后进入软启动，最后进入升压或旁路模式。若在启动过程中出现故障（如输出短路或超时），芯片进入故障态并尝试重启。

6.2 升压模式与旁路模式

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。开关频率典型值 2.5MHz，允许使用小型 0.47μH 电感。当输入电压高于目标输出电压时，芯片自动转入旁路模式，导通内部旁路 FET（Q3），VOUT 基本等于 VIN，从而消除开关损耗，提升轻载效率。

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 3.6V。
• VSEL=高：默认输出 3.7V。
• I2C 编程：通过 VOUTFLOOR 和 VOUTROOF 寄存器（地址 0x02/0x03）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 电源良好（PGOOD）与状态指示

PGOOD 是开漏输出，用于指示输出电压是否正常。软启动完成后，若输出电压在目标值附近，PGOOD 为高阻抗（外部上拉至高电平）。若发生故障（如过流、过温、输出欠压等），PGOOD 拉低。通过 STATUS 寄存器（0x05）可读取具体故障原因，包括热关断、过流触发等。

6.5 保护机制

• 输入欠压锁定（UVLO）：VIN 低于 1.6V 时关闭芯片，高于 1.8V 时恢复。
• 逐周期谷值电流限制：升压模式下监测电感电流，防止过载。
• 旁路过流保护：强制旁路模式下的电流限制约 4A，防止短路。
• 过温保护（OTP）：结温超过 160°C（典型）时锁存关断，冷却后重启。
• 软启动与负载断开：启动时限制冲击电流，关断时输出与输入物理断开。

6.6 元件选型指导

• 电感 L：推荐 0.47μH，饱和电流 ≥3.5A，DCR 低（如 TOKO DFE2520F-R47M）。
• 输入电容 CIN：至少 10μF 陶瓷电容（X5R/X7R，耐压 ≥6.3V），靠近 VIN 和 PGND 放置。
• 输出电容 COUT：至少 22μF × 2 陶瓷电容，靠近 VOUT 和 PGND，以降低输出纹波。纹波计算：COUT = tSW × (1 - VIN/VOUT) × ILOAD / VRIPPLE(P-P)。
• 其他：VSEL、nBYP 等控制引脚不可浮空，需接高或低电平。

7. 基于 CXSU63316A 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），需为系统电源管理IC（PMIC）提供稳定的 3.7V/1.8A 电源，同时支持动态调压以优化功耗。

• 系统配置：选用 CXSU63316A（WL-CSP 封装），VIN=2.5V-4.2V，VOUT 设定为 3.7V（VSEL=高），最大负载 1.8A。
• 电感：0.47μH，饱和电流 4A（如 DFE2520F-R47M）。
• 输入电容：10μF/6.3V X5R（0603），靠近 VIN 引脚。
• 输出电容：两个 22μF/6.3V X5R（0805）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（3.7V），I2C 总线连接主控，用于必要时调整输出电压。
• 启动过程：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 4.0V 时自动切换为旁路模式，降低功耗。
• 动态调压：当系统进入低功耗状态时，主控通过 I2C 将输出电压降至 3.2V（若负载允许），进一步节省功耗。
• 故障处理：若输出过载或短路，PGOOD 拉低，主控检测后可关闭 EN 或采取相应措施。

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、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

CXSU63316A 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。