7660AIBZ 芯片中文资料：深入解析与应用指南

引言：CMOS 电荷泵电压转换器的核心地位

在现代电子设备中，电源管理芯片扮演着至关重要的角色，它们是确保系统稳定运行和高效能耗表现的基石。在众多电源管理解决方案中，电荷泵（Charge Pump）技术以其独特的优势，如无需电感、体积小巧、易于集成等，在低功耗便携设备、模拟电路供电、LED 驱动等领域得到了广泛应用。本资料将详细介绍 7660AIBZ 芯片，一款高性能的 CMOS 电荷泵电压转换器，深入探讨其工作原理、关键特性、引脚功能、典型应用电路以及在实际设计中需要注意的事项。通过对 7660AIBZ 的全面解析，读者将能够更好地理解和应用这款芯片，从而优化其产品设计，提升系统性能。

7660AIBZ 芯片概述：经典与创新的结合

7660AIBZ 是一款单片 CMOS 电荷泵电压转换器，它能够将正输入电压转换为负输出电压，同时也能实现电压的反转或倍增功能。这款芯片在业界享有盛誉，其设计理念源于经典的 7660 系列，并在性能和可靠性上进行了优化。7660AIBZ 的突出特点在于其无需外部二极管，即可实现精确的电压转换，这大大简化了电路设计，降低了物料成本。它能够在较宽的输入电压范围内稳定工作，并提供相对较高的输出电流能力，使其适用于多种不同的应用场景。此外，其低静态电流特性对于电池供电设备尤为关键，有助于延长电池续航时间。

核心工作原理：电荷泵的魔力

7660AIBZ 的核心工作原理是基于电荷泵技术，通过电容器的充放电来传递能量，从而实现电压的提升或反转。其内部包含一个振荡器和一系列开关，这些开关以特定的时序控制外部电容器的连接方式。

在负电压转换模式下，当芯片工作时，内部振荡器会产生一个方波信号，驱动内部开关交替导通。在第一个半周期，输入电压对一个外部飞跨电容（flying capacitor）充电。在第二个半周期，这个充电后的飞跨电容与输出电容串联，并且其正端接地，负端连接到输出端。这样，飞跨电容上的电压就叠加在了输出电容上，从而在输出端产生一个负电压，其大小近似等于输入电压的负值。

在电压倍增模式下，7660AIBZ 也能实现电压的倍增。通过改变飞跨电容和输出电容的连接方式，芯片可以将输入电压转换为其两倍的正电压或负电压。例如，在正电压倍增模式下，飞跨电容先被输入电压充电，然后其充电电压与输入电压串联，共同对输出电容充电，从而实现电压的翻倍。

这种电荷泵的工作方式具有以下显著优势：首先，无需电感，这使得芯片的体积更小，更容易集成到空间受限的应用中，同时避免了电感带来的电磁干扰（EMI）问题。其次，转换效率相对较高，尤其是在轻载条件下，其效率优于线性稳压器，但在重载下，由于开关损耗和ESR（等效串联电阻）的影响，效率可能会有所下降。

关键特性：卓越性能的基石

7660AIBZ 芯片具备一系列关键特性，使其在同类产品中脱颖而出，成为工程师们的优选方案：

• 宽输入电压范围： 7660AIBZ 支持较宽的输入电压范围，通常在 1.5V 到 10V 之间，这使其能够适应多种电源输入条件，增加了设计的灵活性。无论是使用标准电池供电还是其他低压电源，7660AIBZ 都能稳定工作。

• 低静态电流： 对于电池供电的便携设备而言，静态电流是决定电池续航时间的关键指标。7660AIBZ 具有极低的静态电流，通常在几十微安的水平，这大大降低了芯片自身的功耗，从而有效延长了设备的电池寿命。

• 高效率： 在合理的负载范围内，7660AIBZ 能够提供较高的电源转换效率。虽然电荷泵的效率通常会受到输出电流、电容ESR和开关电阻等因素的影响，但通过优化外围元件选择和电路设计，可以最大化其效率表现。

• 内置振荡器： 芯片内部集成了高频振荡器，通常工作在 10kHz 左右，这使得芯片无需外部时钟信号，简化了外围电路设计。振荡器的频率也可以通过外部电容进行微调，以适应不同的应用需求。

• 无需外部二极管： 这是 7660AIBZ 的一个重要特性。传统的电荷泵设计常常需要外部二极管来防止反向电流或实现特定的电压转换。而 7660AIBZ 内部已经集成了相应的保护和整流电路，从而消除了对外部二极管的需求，降低了元件数量和 PCB 空间。

• 输出电流能力： 7660AIBZ 能够提供一定的输出电流能力，通常在几十毫安到一百多毫安的范围，这足以满足许多低功耗模拟电路、运算放大器供电或小型 LED 驱动的需求。

• 短路保护： 芯片内置短路保护功能，当输出端发生短路时，芯片会自动限制输出电流，保护芯片和外围电路免受损坏，提高了系统的可靠性。

• 小封装尺寸： 7660AIBZ 通常采用 SOP-8 或 MSOP-8 等小型封装，这使得它非常适合空间受限的便携式电子产品。

• 宽工作温度范围： 芯片能够在较宽的温度范围内稳定工作，通常从 -40°C 到 +85°C，满足工业和消费级应用的需求。

引脚功能详解：精准连接的指南

理解 7660AIBZ 的引脚功能是正确设计电路的基础。以下是其典型引脚分配及功能描述：

• PIN 1 (GND): 地。芯片的电源地。所有参考电压均以此引脚为基准。在 PCB 设计中，应确保此引脚有良好的接地，以减少噪声干扰。

• PIN 2 (CAP+): 飞跨电容正端。连接外部飞跨电容的正极。这个电容是电荷泵电路的核心，负责在不同相位之间传递电荷。其容量大小会影响输出纹波和输出电流能力。

• PIN 3 (CAP-): 飞跨电容负端。连接外部飞跨电容的负极。与 CAP+ 配合，构成电荷泵的主体。

• PIN 4 (VOUT): 负电压输出。芯片转换后的负电压输出端。通常需要连接一个输出滤波电容，以平滑输出电压，降低纹波。

• PIN 5 (LV): 低压模式控制。该引脚用于控制芯片的低压模式或正常工作模式。当 LV 引脚接高电平（例如连接到 VIN）时，芯片工作在正常模式；当 LV 引脚接低电平（例如连接到 GND）时，芯片进入低压模式，此时振荡频率降低，有助于在较低输入电压下启动和稳定工作，但输出纹波可能会略有增加。在某些版本中，此引脚可能被设计为无功能或有其他特定用途，具体应参考芯片的数据手册。

• PIN 6 (OSC): 振荡器频率控制。该引脚可以连接一个外部电容到地，以调整内部振荡器的频率。电容值越大，振荡频率越低。在大多数典型应用中，此引脚可以直接悬空或通过一个特定值的电容连接到地，以使用芯片内部默认的振荡频率。

• PIN 7 (VIN): 输入电压。芯片的电源输入端。通常需要在此引脚与 GND 之间连接一个输入滤波电容，以滤除电源噪声，并提供瞬时电流。

• PIN 8 (NC): 未连接。此引脚通常为未连接状态，在 PCB 设计中可以悬空。

注意： 具体的引脚功能和编号可能会因不同的封装类型或制造商而略有差异。在实际设计中，务必参考您所使用的 7660AIBZ 芯片的官方数据手册，以获取最准确和最新的引脚定义。

典型应用电路：从理论到实践

7660AIBZ 的应用非常广泛，以下介绍几个典型的应用电路，以展示其多功能性：

1. 负电压转换器 (VOUT = -VIN)

这是 7660AIBZ 最常见也是最直接的应用模式。它将输入的正电压精确地反转为负电压，广泛应用于为运算放大器、数据转换器或其他需要双极性电源的模拟电路提供负电源。

电路连接：

• VIN 连接到输入正电源。

• GND 接地。

• CAP+ 连接到飞跨电容 CFLY 的一端。

• CAP- 连接到飞跨电容 CFLY 的另一端。

• VOUT 连接到输出滤波电容 COUT 的负极，其正极接地。

• LV 引脚通常连接到 VIN，使其工作在正常模式。

• OSC 引脚通常悬空或连接指定电容，以使用默认振荡频率。

工作原理： 在这个配置中，7660AIBZ 的内部开关周期性地将 CFLY 充电至 VIN，然后在下一个半周期将 CFLY 的正端接地，负端连接到 COUT 和 VOUT，从而将 CFLY 上的电压反向叠加到输出端，形成一个负电压。

元件选择：

• 飞跨电容 CFLY： 通常选择 1uF 到 10uF 之间的陶瓷电容或钽电容。其容量大小影响输出纹波和负载能力。容量越大，纹波越小，但启动时间可能略长。

• 输出滤波电容 COUT： 通常选择 10uF 到 100uF 之间的陶瓷电容、钽电容或电解电容。其作用是平滑输出电压，降低纹波。较大的 COUT 可以提供更好的纹波抑制和瞬态响应。

• 输入滤波电容 CIN： 通常选择 1uF 到 10uF 之间的陶瓷电容或钽电容，靠近 VIN 引脚放置，用于稳定输入电源。

2. 电压倍增器 (VOUT = 2VIN)

7660AIBZ 也可以配置成电压倍增器，将输入电压转换为其两倍的正电压。这种应用适用于需要较高正电压而输入电压较低的场合。

电路连接：

• VIN 连接到输入正电源。

• GND 接地。

• CAP+ 连接到输入电源 VIN。

• CAP- 连接到飞跨电容 CFLY 的一端。

• 飞跨电容 CFLY 的另一端连接到输出滤波电容 COUT 的一端。

• VOUT 连接到输出滤波电容 COUT 的另一端，并作为最终输出。

• LV 引脚和 OSC 引脚的连接方式与负电压转换器类似。

工作原理： 在这种配置下，在第一个半周期，VIN 为 CFLY 充电。在第二个半周期，内部开关将 CFLY 与 VIN 串联，共同对 COUT 充电，从而使 COUT 上的电压达到 VIN 的两倍。

元件选择： 元件选择与负电压转换器类似，但需要注意输出电容的耐压值需要能够承受两倍的输入电压。

3. 负电压倍增器 (VOUT = -2VIN)

通过巧妙的连接方式，7660AIBZ 也能实现负电压倍增。

电路连接：

• VIN 连接到输入正电源。

• GND 接地。

• CAP+ 连接到飞跨电容 CFLY 的一端。

• CAP- 连接到飞跨电容 CFLY 的另一端。

• VOUT 接到输出电容的负极，输出电容的正极与飞跨电容的某一端相连，再连接到输入电压。

工作原理： 这种配置结合了负电压转换和电压倍增的原理，通过更复杂的开关序列来实现双倍的负电压输出。具体实现方式需要参考数据手册中的详细电路图。

4. 多路输出应用

在某些应用中，可能需要同时提供正负电源。虽然 7660AIBZ 主要用于负电压转换或电压倍增，但可以通过结合其他稳压器或多颗 7660AIBZ 芯片来实现多路输出。例如，一颗 7660AIBZ 提供负电压，另一颗 7660AIBZ 或一个 LDO 提供正电压。

性能考量与优化：追求卓越

在实际应用 7660AIBZ 芯片时，有几个关键的性能考量和优化方法需要注意：

• 输出纹波： 输出纹波是电荷泵固有的特性，其大小主要受飞跨电容和输出电容的容量、等效串联电阻（ESR）、振荡频率以及输出电流的影响。

• 增加电容容量： 增大 CFLY 和 COUT 的容量可以有效降低输出纹波，但会增加启动时间和成本。

• 选择低 ESR 电容： 使用低 ESR 的陶瓷电容或聚合物电容可以显著减小纹波。

• 考虑振荡频率： 较高的振荡频率通常会带来更小的纹波，但可能导致更高的开关损耗。

• 输出电流能力： 7660AIBZ 的最大输出电流受限于内部开关的导通电阻（RDS(on)）以及输入电压和输出电压之间的压差。当输出电流过大时，输出电压会下降，效率也会降低。

• 并联使用： 在需要更大输出电流的场合，可以并联多颗 7660AIBZ 芯片，但需要注意负载均衡。

• 散热： 在高输出电流和较大压差的情况下，芯片会产生一定的热量。如果工作环境温度较高或散热条件不佳，可能需要考虑散热问题。

• 效率： 电荷泵的效率会随着输出电流的增加而下降，主要原因是开关损耗和电容 ESR 上的损耗。

• 优化电容选择： 选择高 Q 值、低 ESR 的电容。

• 避免重载： 尽量使芯片工作在其最佳效率点附近，避免长时间运行在最大负载下。

• 启动时间： 启动时间主要取决于外部电容的容量。容量越大，启动时间越长。在对启动时间有严格要求的应用中，需要权衡电容容量和纹波抑制。

• 噪声和 EMI： 尽管电荷泵通常比开关稳压器产生的 EMI 少，但由于内部的高频开关，仍可能产生一定的噪声。

• 良好接地： 确保 PCB 有良好的接地平面，减少地线阻抗。

• 合理布局： 将滤波电容尽可能靠近芯片引脚放置，缩短高频电流环路。

• 屏蔽： 在对噪声敏感的应用中，可以考虑对相关电路进行屏蔽。

• 输入电压波动： 7660AIBZ 具有一定的输入电压抑制能力，但输入电压的剧烈波动仍可能影响输出稳定性。建议在 VIN 引脚处添加足够的输入滤波电容。

PCB 布局考量：细节决定成败

优秀的 PCB 布局对于 7660AIBZ 的性能至关重要。合理的布局能够有效降低噪声、抑制纹波、提升效率和可靠性。

• 电源路径： 确保从 VIN 到芯片，以及从芯片到输出电容的电源路径尽可能短而宽。短路径可以减小寄生电感和电阻，从而降低电压跌落和噪声。宽路径可以降低电流密度，减少发热。

• 接地： 建立一个低阻抗的接地平面，将所有地线连接到该平面。特别是，输入滤波电容和输出滤波电容的地应该尽可能靠近芯片的地引脚。良好的接地可以有效抑制噪声。

• 电容放置：

• 输入滤波电容 CIN： 放置在 VIN 引脚和 GND 引脚之间，并且尽可能靠近 VIN 引脚。

• 飞跨电容 CFLY： 放置在 CAP+ 和 CAP- 引脚之间，并尽可能靠近芯片。这些引脚是高频开关节点，需要最短的连接。

• 输出滤波电容 COUT： 放置在 VOUT 引脚和 GND 引脚之间，并尽可能靠近 VOUT 引脚。

• 高频电流环路： 识别并最小化高频电流环路。在电荷泵中，飞跨电容与内部开关形成的环路是高频环路的关键部分。通过将电容靠近芯片放置，可以有效减小这个环路的面积，从而降低辐射噪声。

• 信号线隔离： 将敏感的模拟信号线与高频开关节点（如 CAP+, CAP-, VOUT）保持距离，或者通过地线进行隔离，以避免耦合干扰。

• 热管理： 虽然 7660AIBZ 功耗通常不高，但在高输出电流或高环境温度下，仍可能产生一定的热量。如果芯片封装带有散热焊盘，务必将其良好连接到散热平面，以帮助散热。

与其他解决方案的比较：权衡与选择

在电源管理领域，除了电荷泵，还有线性稳压器（LDO）和开关稳压器（Buck/Boost Converter）等解决方案。了解它们各自的优缺点，有助于在设计中做出最佳选择。

• 与线性稳压器（LDO）的比较：

• 优势： 7660AIBZ 通常比 LDO 具有更高的效率，尤其是在输入输出压差较大的情况下，LDO 的效率会非常低，因为其多余的能量以热量形式耗散。电荷泵还能实现电压反转或倍增，而 LDO 只能降压。7660AIBZ 无需电感，体积更小。

• 劣势： LDO 的输出纹波通常远低于电荷泵，噪声也更低。LDO 的输出电流能力通常更高。

• 与开关稳压器（Buck/Boost Converter）的比较：

• 优势： 7660AIBZ 的主要优势在于无需电感，这使得其体积更小，成本更低，并且避免了电感带来的 EMI 问题。设计复杂度相对较低。

• 劣势： 开关稳压器通常能够提供更高的输出电流能力，更高的转换效率（尤其是在大电流下），以及更灵活的电压转换范围（升压、降压、升降压）。但开关稳压器需要外部电感，体积较大，设计相对复杂，且容易产生 EMI 噪声。

总结而言，7660AIBZ 更适合以下应用场景：

• 需要负电压或电压倍增，且输出电流需求不高的场合。

• 空间受限，对体积有严格要求的便携式设备。

• 对 EMI 敏感，希望避免电感噪声的应用。

• 对成本和设计复杂度有较高要求的项目。

未来展望与潜在发展：持续演进

随着电子技术的不断发展，CMOS 电荷泵芯片也在持续演进。未来的 7660AIBZ 或其后续产品可能会在以下方面进行改进：

• 更高的集成度： 芯片内部可能会集成更多的功能，例如更精确的电压参考、更强大的保护电路、甚至数字接口，从而进一步简化外部电路。

• 更低的功耗： 随着低功耗物联网（IoT）设备和可穿戴设备的普及，对芯片静态电流的要求会越来越高。未来的电荷泵芯片将在保持性能的同时，进一步降低静态电流。

• 更高的效率： 通过优化内部开关结构、减小寄生效应以及采用更先进的工艺技术，可以进一步提升电荷泵的转换效率，尤其是在中等负载条件下。

• 更宽的输入电压和输出电流范围： 随着应用场景的扩展，可能需要支持更宽的输入电压范围和更大的输出电流能力，以满足更多高功率应用的需求。

• 更小的封装尺寸： 微型化是电子产品发展的趋势。芯片封装将继续向更小、更薄的方向发展，以适应越来越紧凑的产品设计。

• 更低的输出纹波： 通过更精密的控制算法和集成更高性能的滤波电路，未来的电荷泵有望提供更低的输出纹波，从而更好地满足对电源质量要求高的应用。

结语：7660AIBZ 的价值与挑战

7660AIBZ 作为一款经典的 CMOS 电荷泵电压转换器，凭借其独特的无电感、小体积、低功耗等优势，在各种电子设备中发挥着不可替代的作用。从为运算放大器提供双极性电源，到为 LED 驱动器提供升压电压，再到为微控制器提供负偏置，其应用场景几乎无处不在。

然而，像所有技术一样，7660AIBZ 也有其局限性，例如在重载下的效率相对下降，以及固有存在的输出纹波。因此，在选择和应用 7660AIBZ 时，工程师需要充分理解其工作原理和特性，并结合具体的应用需求进行权衡。通过精心的电路设计、合理的元件选择和优化的 PCB 布局，可以充分发挥 7660AIBZ 的优势，实现高效、稳定、可靠的电源管理解决方案。

希望本份 7660AIBZ 芯片中文资料能为您提供全面而深入的参考，助力您的电子设计项目取得成功。如果您在实际应用中遇到任何问题，强烈建议查阅芯片的官方数据手册，以获取最权威和详细的技术支持。