コアコンポーネント

SYSREG - システムレギュレータ

システム電圧レギュレータ(SYSREG)への入力電圧は、VBUSによって供給されます。 VBUSの電圧は、AC壁コンセントやUSBポートによって供給されます。

SYSREGは、デバイスが通常状態にあるときにVINTを供給するリニア電圧レギュレータ(LDO)です。

SYSREGの特徴は以下のとおりです:

• VBUSが接続されているときにVINTを供給する5Vリニア電圧レギュレータ(LDO)
• 最大 6.7V までの動作電圧
• 20V までの過電圧保護
• USBポート検出と、VBUS上の電流制限を設定するための制御ピン

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VSYSおよびDECピンは外部から供給してはなりません。

USBポート検出とVBUS電流制限

このデバイスは、usb.orgで見つかるBattery Charging Specification v1.2に従ってUSBポートタイプの自動検出をサポートします。

主な検出は、StandardDownstream Port(SDP)、Dedicated Charging Port(DCP)、およびCharging Downstream Port(CDP) USBポートに対して行われます。 検出シーケンスはVBUSが接続された時点で開始し、T$_{CONN0}$後に完了します。

SDPが検出された場合、VBUSの電流制限は 100mA に設定されます。USBインターフェースを備えた外部マイクロコントローラは、USBホストと 500mA の制限を交渉することができます。 その後、GPIOを使用してISETを制御し、VBUSの電流制限を上げます。これはUSBポート交渉と呼ばれます。

DCP/CDPが検出された場合、VBUSの電流制限は 500mA に設定されます。 この場合、ISETの設定は無視されます。

ISETを使用してVBUSの電流制限を 100mA または 500mA に設定し、USBポート検出を無効にすることも可能です。

以下の表は、ISET、D+、およびD-の設定を記述しており、VBUSの電流制限を固定するか、USBポート検出またはUSBポート交渉に基づいてVBUSの電流制限を設定します。

制限設定方法	ピン設定	VBUS電流制限
100mA 固定	ISET = D- = AVSS, D+ = NC	100 mA
500mA 固定	ISET = VSYS, D- = AVSS, D+ = NC	500 mA
USBポート検出	ISET = AVSS, D+とD-はホストと接続	SDPを検出した場合100mA。 DSP/CDPを検出した場合500mA
USBポート検出と交渉	ISET = マイコンのGPIO, D+とD-はホストと接続	SDPを検出しISETがLOWなら100mA。 SDPを検出しISETがHIGHなら500mA。 DSP/CDPを検出した場合500mA

マイクロコントローラがUSBポート交渉のためにGPIOでISETを制御している場合、ISETはリセット時およびUSBが切断されたときに必ずLOWに設定する必要があります。 ISETは、USBポートがSDPで、より高い電流制限の交渉が完了した場合にのみHIGHに設定されます。

これらの設定を示す設計図は、リファレンス回路にある回路図をご覧ください。

SYSREG抵抗と出力電圧

SYSREGは、VINT電圧をVSYS$_{REG}$に調整します。 VBUSピンの電圧がVSYS$_{REG}$以下の場合、通常はVBUSとVINT間の間にRON$_{REG}$の抵抗が存在します。

VBUS過電圧および低電圧保護

VBUSの過電圧しきい値はVBUS$_{OVP}$です。VBUSの定電圧しきい値はVBUS$_{MIN}$です。

SYSREGは、VBUS電圧が過電圧しきい値VBUS$_{OVP}$を超えた場合、または定電圧しきい値VBUS$_{MIN}$以下の場合に無効になります。 これによりVBUSが隔離され、VINTからVBUSへの電流の流れを防ぎます。

VBUS切断

VBUSが切断され、電圧がVBUS$_{MIN}$以下に下がった場合、SYSREGはVINTからVBUSを隔離します。 VBUSがVBUS$_{ULP}$に達すると、デバイスは超低消費電力(ULP)運用モードに入ります。 これはVBUS上の静電容量負荷に依存したT$_{DISCONN}$を要します。 デバイスはVBUSがVBUS$_{ULP}$以下である間、ULPモードにとどまります。

レギュレータ電気特性

記号	説明	最小値	典型値	最大値	単位
IBUS$_{UM1}$	VBUSの最大入力電流、CDP/DCP USBまたはISET = HIGH	450	-	500	mA
IBUS$_{UM0}$	VBUSの最大入力電流、SDP USBまたはISET = LOW、25℃	90	-	100	mA
VINT$_{REG}$	SYSREGからの調整されたVINT電圧、VBUS = 6V		5.2		V
RON$_{REG}$	SYSREGオン抵抗、ISET = HIGH	-	440	720	mΩ
VBUS$_{OVP}$	過電圧保護しきい値		6.9		V
VBUS$_{MIN}$	定電圧保護しきい値		3.9		V
VBUS$_{SUP}$	ULPモードに入るしきい値		1.8		V
VBUS$_{POR}$	VBUSのパワーONリセット解除電圧		3.9		V
VBUS$_{BOR}$	VBUSのブラウンアウトリセットトリガー電圧		3.8		V
T$_{CONN0}$	USB検出時間、ISET = LOW		-	700	ms
T$_{CONN1}$	VBUS接続後、VINTが落ち着くまでの時間、ISET = HIGH、負荷なし		1.2		ms
T$_{DISCONN}$	VBUS切断後、システムがULPモードに到達するまでの時間、CVBUS = 10 µF		110		ms

CHARGER - バッテリーチャージャー

このバッテリーチャージャーは、リチウムイオン/リチウムポリマー電池タイプの一般的な用途に適しています。

バッテリーチャージャーの主な特徴は以下のとおりです:

• リチウムイオン/リチウムポリマー電池化学種向けのリニアチャージャー
• ICHGピンに接続された抵抗器で設定可能な充電電流(20mA から 400mA まで)
• 動的なパワーポス管理のための双方向パワーFET
• VBATがVINTを供給する際のアクティブ電流制限
• VTERMSETピンを通じて選択可能な終了電圧 4.1V または 4.2V
• 自動トリクル、定電流、定電圧、充電終了/再充電サイクル
• 標準および拡張温度範囲を持つJEITA規格に準拠したバッテリー熱保護(NTC)

充電サイクル

VBUS接続およびバッテリー検出後にバッテリー充電が開始されます。 バッテリー検出とUVLOを参照してください。

バッテリーが検出された場合、トリクル充電が開始されます。 バッテリー電圧がV$_{TRICKLE_FAST}$以上のときに高速充電が開始されます。 バッテリー電圧がV$_{TERM}$に達すると、チャージャーは定電圧充電に移行します。

バッテリー電圧は、バッテリーへの電流の流れを監視しながら維持されます。 バッテリーへの電流がI$_{TERM}$以下になると、充電は完了です。 チャージャーは、バッテリー電圧がV$_{RECHARGE}$以下になるまで待ってから、新しい充電サイクルを開始します。

バッテリー検出とUVLO

充電が開始される前に、バッテリー検出とアンダーボルテージロックアウト(UVLO)の解除が実行されます。

チャージャーは、バッテリーが検出されるまで充電を待ちます。UVLOの解除に失敗した場合、チャージャーは 500ms ごとに再試行します。

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UVLOの解除は、バッテリーパックに実装されたUVLO回路を指します。 デバイスにはアンダーボルテージロックアウト回路がなく、長期間の放電によるバッテリー故障から保護するために、バッテリーパックに実装する必要があります。

終了電圧(VERTMSET)

終了電圧(V$_{TERM}$)は、VTERNSETを使用して設定され、バッテリー充電終了電圧の2つの値をサポートします。

VTERMSET	V$_{TERM}$しきい値
LOW	4.1V
HIGH	4.2V

終了電流とトリクル充電電流

終了電流とトリクル充電電流は、充電電流制限（I$_{CHGLIM}$）のパーセンテージに設定されます。 限界値については、電気仕様を参照してください。

充電電流制限(ICHG)

充電電流制限は、R$_{ICHG}$抵抗をICHGピンとAVSSピンに接続することで、20mA から 400mA の間に設定されます。

次の方程式は、I$_{CHGLIM}$に基づいて接続される抵抗値を示しています。

$$R_{ICHG} = \frac{625}{I_{CHGLIM}} - 1562.5$$

以下は、R$_{ICHG}$抵抗が 0Ω から 30kΩ の間に場合に適用されます。

• I$_{CHGLIM}$はアンペア単位の急速充電電流制限です
• R$_{ICHG}$は、ICHGピントAVSSピンの間に接続される抵抗値で、オーム単位です

一般的な値は、次の表に示されています。

R$_{ICHG}$抵抗値	通常充電電流制限(I$_{CHGLIM}$)	誤差
0 (AVSSと短絡)	400 mA	$\pm{I_{CHGACC}}$%
1.5kΩ	200 mA	$\pm{I_{CHGACC} + R_{ICHGACC}}$%
4.7kΩ	100 mA	$\pm{I_{CHGACC} + R_{ICHGACC}}$%
11kΩ	50 mA	$\pm{I_{CHGACC} + R_{ICHGACC}}$%
30kΩ	20 mA	$\pm{I_{CHGACC} + R_{ICHGACC}}$%

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I$_{CHGLIM}$は、バッテリーの仕様に従って、バッテリーの安全充電電流制限値以下に設定しなければなりません。

NTCサーミスタによるバッテリー熱保護(NTC)

バッテリーの熱保護は、次の2つの方法で実装されています。

• 統合されたNTCサームスタを持つバッテリーパックを使用する
• NTCピンとAVSSピンの間にサーミスタを接続する

サーミスタはバッテリーと熱的に接触している必要があり、できればバッテリーパック内にあることが望ましいです。 NTCサーミスタの推奨値は次の表に記載されています。

パラメータ	値	単位
25℃での抵抗値	10	kΩ
抵抗値の精度	1	%
B25/50定数	3380	K
B25/85定数	3434 から 3435	K
B定数精度	1	%

熱保護機能が仕様されない場合は、10kΩ の精度 ±20% 以下に抵抗器をNTCピンとAVSSピンの間に接続する必要があります。

JEITA準拠の熱保護を提供するために、充電電流制限および終了電圧はNTCサーミスタの測定値に応じて調整されます。

温度状態	バッテリー温度	充電電流	終了電圧
冷たい	T < 0℃	0(OFF)	なし
冷たい	0℃ < T < 10℃	I$_{REDUCED}$	V$_{TERM}$
通常	10℃ < T < 45℃	I$_{CHGLIM}$	V$_{TERM}$
温かい	45℃ < T < 60℃	I$_{CHGLIM}$	V$_{TERM}$ - V$_{THIGH_DELTA}$
熱い	T > 60℃	0(OFF)

充電器の温度調整

デバイスのジャンクション温度がT$_{HIGH}$を超え、チャージャーが急速充電モードにある場合、充電電流はI$_{REDUCED}$に減少します。

充電器のエラー状態

以下のいずれかが存在する場合、CHARGERエラー状態が発生します。

• バッテリーのショート(VBATとAVSS間)
• バッテリーに問題があるため、バッテリー検出後のバッテリー電圧がVBAT$_{CHARGEMIN}$より低い
• トリクル充電タイムアウト: TOUT$_{TRICKLE}$を参照してください
• 定電圧充電/急速充電タイムアウト: TOUT$_{CHARGE}$を参照してください
• CHARGERが自己チェック中にデバイス内部エラーが発生する

エラーが検出された後、CHARGERは無効になり、充電エラー表示がONになり、充電表示がOFFになります。 エラー状態はVBUSが切断されて再接続されるとクリアされます。

note

定電圧/急速充電タイムアウトは、定電圧充電および急速充電の両方で過ごした合計時間、TOUT$_{CHARGE}$です。

充電状態表示(CHG)および充電エラー状態表示(ERR)

充電表示ピンCHGと充電エラー表示ピンERRは、アクティブ時に 5mA の電流を流します。 無効の場合は高インピーダンスです。 これは、LEDを駆動したり、ホストGPIOに弱いプルアップ構成で接続するのに適しています。

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LED表示とホストへの接続の両方を構成するためには、GPIO入力電圧範囲の許容値を満たす必要があるか、または外部回路が必要になる場合があります。 外部回路はリファレンス回路を参照してください。

状態表示ピンCHGは、バッテリーが充電中の間アクティブです。

充電エラー表示ピンERRは、エラーが発生した時にアクティブです。充電器のエラー状況については充電器のエラー状態を参照してください。

DPPM - ダイナミック電力経路管理

CHARGERは、VINT電圧を維持するためにバッテリーの電流の流れを管理します。

システムの負荷要件は、VBUSが接続されておりバッテリーが充電中の場合には、バッテリー充電電流よりも優先されます。 バッテリーは、VBUSが接続されていてバッテリーが完全に充電された場合には隔離されます。 SYSREGは、負荷がSYSREGの限界を超えない限り、負荷を供給します。 VBUSが切断された時に、CHARGERはバッテリー供給に切り替わります。

充電中に、VINT(BUCK入力電流を含む)とVBAT(I$_{CHG}$)にかかる合計電流負荷(I$_{LOAD}$)がSYSREG(I$_{LIM}$)によって提供される電流を超える場合、バッテリー充電電流はVINT電圧を維持するために減少します。 バッテリー充電器は内部電圧を維持するために電流を減らします:$VINT = V(VBAT) + V_{DROPOUT_CHARGER}$。 さらに電流が必要な場合、CHARGERは補助モードに入り、IBAT$_{LIM}$までの電流をバッテリーから供給するために切り替わります。

充電サイクルが終了し、I$_{LOAD}$がI$_{LIM}$を超える場合、CHARGERはバッテリーを接続し補助モードに入ってVINTを維持します。

VBUSとバッテリーが接続されている場合、最大でサポートされる負荷はI$_{LIM}$ + IBAT$_{LIM}$です。

VBUSから切断された場合、CHARGERはバッテリーからVINTに電流を供給します。 補助モード時、またはVBUSが切断されている場合、VINT電圧はバッテリー電圧と同じになります。

VBUS接続	バッテリー接続	負荷	充電	VINT供給	VINT電圧
Yes	Yes	(I$_{LOAD}$ + I$_{CHGLIM}$ < I$_{LIM}$)	充電中	VBUS	V(VBUS)
Yes	Yes	(I$_{LOAD}$ + I$_{CHGLIM}$ < I$_{LIM}$), I$_{LOAD}$ < I$_{LIM}$	充電中(I$_{CHG}$減少)	VBUS	V(VBUS) + VDROPOUT$_{CHARGER}$
Yes	Yes	I$_{LOAD}$ > I$_{LIM}$	補助モード	VBUSとVBAT	V(VBAT)
Yes	No	I$_{LOAD}$ < I$_{LIM}$	なし	VBUS	V(VBUS)
No	Yse	I$_{LOAD}$ $\leqq$ IBAT$_{LIM}$	なし	VBAT	V(VBAT)

電気仕様

記号	説明	最小値	典型値	最大値	単位
THIGH	高温しきい値	-	100	-	℃
THIGH$_{HYST}$	高温ヒステリシス	-	10	-	℃
V$_{TRICK_FAST}$	トリクルから高速充電しきい値	-	2.9	-	V
V$_{RECHARGE}$	再充電しきい値	-	97	-	% of VTERM
VBAT$_{CHARGEMIN}$	充電中の最小電圧	-	2.1	-	V
TOUT$_{TRICKLE}$	トリクル充電タイムアウト	-	10	-	min
TOUT$_{CHARGE}$	高速充電と定電流充電タイムアウト	-	7	-	hour
V$_{DROPOUT_CHARGER}$	充電中のVINT - VOUT電圧	-	50	-	mV
T$_{REDETECT}$	検知イベント周期	-	500	-	ms
IBAT$_{LIM}$	バッテリー放電の出力電流制限	-	660	-	mA
RON$_{CHARGER}$	VBATとVINIの放電抵抗、VBAT = 3.7V	-	130	230	mΩ
VBAT$_{POR}$	VBATのパワーオンリセット開放電圧	-	2.7	-	V
VBAT$_{BOR}$	VBATのブラウンアウトリセットトリガー電圧	-	2.5	-	V
I$_{SINK}$	直流電流(CHGとERRピン)	-	5	-	mA

BUCK - バックレギュレータ

BUCKは、以下の特徴を持つステップダウンDC/DC電圧レギュレータです:

• 高効率(低IQ)および低ノイズ動作
• 負荷に基づいた自動切り替え機能を持つPWMモードとヒステリシスモード
• 出力電圧リップルを最小限に抑えるためのPWMモードを強制するMODE制御ピン
• 1.8Vから3Vの間で設定可能な出力電圧

VINTがVSYS$_{BUCKMIN}$よりも高い場合、バックレギュレータは有効になり、その出力電圧はVOUTBで利用可能です。

BUCKはヒステシスモードとPWMモードの2つの運用モードを持っています。 ヒステリシスモードは、サポートされるすべての負荷電流範囲にわたって効率を提供します。 PWMモードは一定の切り替え周波数F$_{BUCK}$によりクリーンな供給動作を提供し、RF回路との最適な共存を実現します。 BUCKはヒステリシスとPWMモードの間で自動的に切り替えることができます。モードはMODEピンによって制御されます。 MODEピンの状態はいつでも変更可能です。

出力電圧選択(VOUTBEST0、VOUTBEST1)

BUCK出力電圧選択ピンVOUTBSET0およびVOUTBSET1は、DEC、VSYS、またはAVSSに配線する必要があります。 動作中にこれらのピンをトグルしないでください。

VOUTBSET1	VOUTBSET0	VOUTB電圧
LOW	LOW	1.8V
LOW	HIGH	2.1V
HIGH	LOW	2.7V
HIGH	HIGH	3.0V

BUCKが所望の出力電圧を供給するためには、VINTはVOUTB上の電圧よりもV$_{DROPOUT_BUCK}$分だけ高くなければなりません。

バッテリーから供給される場合、以下の方程式でVINTが与えられます:

$$VINT = VBAT - I_{BAT} \times RON_{CHARGER}$$

ここで、I$_{BAT}$はバッテリーから引き出される電流です。

BUCKモード選択(MODE)

オートマチックモードでは、BUCKは低負荷電流に対してヒステリシスモードを選択し、高負荷電流に対してはPWMモードを選択します。

これにより、サポートされる全負荷電流範囲にわたって効率が最大化されます。 PWMモードでは、BUCKは一定のスイッチング周波数と低い電圧リップルにより、クリーンな供給動作を提供します。 これにより、RF回路との最適な共存が可能になります。 MODEピンはいつでも変更できます。

MODE	BUCK動作モード
LOW	ヒステリシスとPWMモードの自動選択
HIGH	PWMモード

部品選択

インダクタの推奨値を以下の表に示します。

パラメータ	値	単位
通常インダクタンス	2.2	μH
インダクタ精度	$\leq$ 20	%
直流抵抗(DCR)	$\leq$ 400	mΩ
飽和電流(I$_{sat}$)	$\geq$ 350	mA
最大電流(I$_{max}$)	$\geq$ 350	mA

レギュレータ電気仕様

記号	説明	最小値	典型値	最大値	単位
VOUTB$_{ACC}$	VOUTB精度	-2	-	8	%
IOUTB$_{SHORT}$	短絡電流制限	-	-	400	mA
I$_{PWMTHRES}$	ヒステリシスからPWMモードに変わる電流負荷	-	90	-	mA
I$_{HYSTTHRES}$	PWMからヒステリシスモードに変わる電流負荷	-	40	-	mA
V$_{DROPOUT_BUCK}$	V(VOUTB) - VINTのドロップアウト電圧	-	0.41	-	V
F$_{BUCK}$	PWMモードのスイッチング周波数	-	3.6	-	MHz
VINT$_{BUCKMIN}$	BUCK有効時のVINT電圧最小値	-	2.8	-	V