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AAT3123

器件型号:AAT3123
厂商名称:ETC
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器件描述

High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge Pump for White LED Applications

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AAT3123器件文档内容

                                                                       AAT3123/4

                                        High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
                                                   Pump for White LED Applications

General Description                                             Features      ChargePumpTM

The AAT3123/24 is a low noise, constant frequen-                � Dual Mode 1x and 1.5x Charge Pump for
cy charge pump DC/DC converter that uses a dual                      Maximum Efficiency
mode Load Switch (1X) and fractional (1.5X) con-
version to maximize efficiency for White LED appli-             � Drives Low-VF & High-VF Type LEDs
cations. The device can be used to produce current              � Up to 6 20mA Outputs
levels up to 20mA to drive up to 6 LEDs from a                  � 32 Position Logarithmic Scale with Digital
2.7V to 5.5V input. Outputs may be operated indi-
vidually or paralleled for driving higher-current                    Control
LEDs. Low external parts counts (two 1�F flying                 � Simple Serial ControlTM (S2CwireTM) interface
capacitors and two small 1�F capacitors at VIN,                 � Low Noise Constant Frequency Operation
and OUT) make the AAT3123/24 ideally suited for                 � 1MHz Switching Frequency
small battery-powered applications.                             � Small Application Circuit
                                                                � Regulated Output Current
AnalogicTechTM's Simple Serial ControlTM                        � Automatic Soft-Start
(S2CwireTM) interface is used to enable, disable                � VIN Range: 2.7V to 5.5V
and set the LED drive current with a 32 level loga-             � No Inductors
rithmic scale LED brightness control. The                       � Iq < 1�A in Shutdown
AAT3123/24 has a thermal management system to                   � Temperature Range -40 to 85�C.
protect the device in the event of a short circuit              � 16 pin 4x4 QFN package (AAT3124)
condition at the output pin. Built-in soft-start circuit-       � 12 pin TSOPJW-12 package (AAT3123)
ry prevents excessive inrush current during start-
up. A high charge pump switching frequency                      Applications
enables the use of very small external capacitors.
A low current shutdown feature disconnects the                  � White LED Backlighting
load from VIN and reduces quiescent current to less             � White Photo-Flash for DSCs
than 1�A. The AAT3123 is available in very small                � Color (RGB) Lighting
12 pin TSOPJW package. The six output AAT3124                   � Programmable Current Source
is available in a 16 pin 4x4mm QFN package.

Typical Application

                                   VIN                     C1+

VBATTERY          CIN        COUT  VOUT                    C1-  C1
                                                           C2+  1�F

                  1�F        1�F   AAT3124                      C2
                                                                1�F

                                                           C2-

                                                           D1
                                                           D2
                                                           D3
                                                           D4
                     EN/SET        EN/SET                  D5
                                                           D6
                                         GND
                                                                D6   D5   D4  D3  D2           D1

3123.2003.09.1.1                                                                                   1
                                                                        AAT3123/4

                                         High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
                                                    Pump for White LED Applications

Pin Descriptions

                Pin #                    Symbol  Function

      AAT3123       AAT3124                  D1  Current source output #1
   (TSOPJW-12)  (16LD 4x4 QFN)               D2  Current source output #2
                                             D3  Current source output #3
   8                   16                    D4  Current source output #4
                                             D5  Current source output #5
   7                   1                     D6  Current source output #6
                                            C1+  Flying Capacitor 1 + terminal. Connect a 1�F capaci-
   6                   4                         tor between C1+ and C1-.
                                            C1-  Flying Capacitor 1 - terminal
   5                   5                    C2+  Flying Capacitor 2 + terminal. Connect a 1�F capaci-
                                                 tor between C2+ and C2-.
                       2                    C2-  Flying Capacitor 2 - terminal
                                           GND   Ground
                       3                   OUT   Charge pump output. Requires 1�F capacitor connect-
                                                 ed between this pin and ground.
   4                   6                     IN  Input power supply. Requires 1�F capacitor connected
                                                 between this pin and ground.
   3                   7                 EN/SET  Control Pin using S2Cwire serial interface.
                                            NC   No Connection
   1                   10

   12                  11

   11                  12

   2                   9

   10                  14

   9                   15

                       8, 13

Pin Configuration                                16 LD 4x4mm QFN
                                                      (Top View)
                        12-Lead TSOPJW
                             (Top View)

                C2+ 1         12 C2-                         EN/
                                                        D1 SET IN NC

                                                        16 15 14 13

                OUT 2         11 GND             D2 1                  12 GND

                C1- 3 AAT 3123 10 IN
                C1+ 4         9 EN/SET
                                                 D5* 2                 11 C2-
                D4 5          8 D1               D6* 3  AAT 3124       10 C2+

                D3 6          7 D2

                                                 D3 4                  9 OUT

                                                         56 78

                                                        D4 C1+ C1- NC

2                                                                              3123.2003.09.1.1
                                                                     AAT3123/4

                                      High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
                                                 Pump for White LED Applications

Absolute Maximum Ratings1

Symbol            Description                                                    Value       Units

     VIN          Input Voltage                                                  -0.3 to 6   V
    VOUT          Charge Pump Output
FB,VEN/SET        FB or EN/SET to GND Voltage                                    -0.3 to 6   V
VEN/SET(MAX)      Maximum EN/SET to Input Voltage
    IOUT 2        Maximum DC Output Current                                      -0.3 to 6   V
                  Operating Junction Temperature Range
      TJ                                                                         0.3         V

                                                                                 150         mA

                                                                                 -40 to 150  �C

Notes:
1: Stresses above those listed in Absolute Maximum Ratings may cause permanent damage to the device. Functional operation at con-
ditions other than the operating conditions specified is not implied. Only one Absolute Maximum rating should be applied at any one time.
2: Based on long-term current density limitation.

Thermal Information

Symbol            Description                                                    Value       Units
                                                                                             �C/W
JA                Thermal Resistance 3 (QFN-16 package)                            50
                                                                                  160          W
JA                Thermal Resistance 3 (TSOPJW-12 package)
                                                                                    2
PD                Maximum Power Dissipation (QFN-16 package, TA = 25�C) 3, 4     0.625

PD                Maximum Power Dissipation (TSOPJW-12 package, TA = 25�C) 3, 5

Note 3: Mounted on an FR4 board.
Note 4: Derate 20mW/�C above 25�C.
Note 5: Derate 6.25mW/�C above 25�C.

3123.2003.09.1.1                                                                                    3
                                                                            AAT3123/4

                                             High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
                                                        Pump for White LED Applications

Electrical Characteristics1

CIN = COUT = C1 = C2 = 1.0�F; TA = -40 to 85�C unless otherwise noted. Typical values are at TA = 25�C, VIN = 3.5V.

   Symbol Description                        Conditions                         Min Typ Max Units

Input Power Supply

   VIN         Operation Range                                                  2.7        5.5  V

   Icc         Operating Current             3.0  VIN  5.5, Active,                  1.8 3.5 mA
                                             No Load Current

   ISHDN(MAX) Shutdown Current               EN=0                                          1    �A

   IDX         Output Current                VIN = 3.5V, Code = 32, TA = 25�C 18     20    22   mA

   I(D-Match)  Current Matching between any  VD1:D4=3.6, VIN=3.5V                    0.5        %
               two outputs                   VD5:VD6=3.6, VIN=3.5V                   0.5

   CP          Charge Pump Section Efficiency VIN = 3.5V, IOUT(TOTAL) = 120mA,       93         %

                                             Measured from IN to OUT

Charge Pump Section

      TSS      Soft start time                                                       200        �s
      FCLK     Clock Frequency
EN/SET                                                                               1000       kHz

     VEN(L)    Enable Threshold Low          VIN = 2.7 to 5.5V                             0.5  V
    VEN(H)     Enable Threshold High         VIN = 2.7 to 5.5V
  TEN/SET LO   EN/SET low time                                                  1.4             V
  TEN/SET HI   Minumum EN/SET high time
     TOFF      EN/SET Off Timeout                                               0.3        75   �s
Input Current  EN/SET input leakage
                                                                                     50         ns

                                                                                           500 �s

                                                                                -1         1    �A

Note 1: The AAT3123/4 is guaranteed to meet performance specification over the -40�C to 85�C operating temperature range and are
assured by design, characterization and correlation with statistical process controls.

4                                                                                          3123.2003.09.1.1
                                                                                                        AAT3123/4

                                                                         High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
                                                                                    Pump for White LED Applications

Typical Characteristics

(Unless otherwise noted, VIN = 3.5V, CIN = COUT = C1 = C2 = 1�F, TA = 25�C)

                             Efficiency vs. VIN (4x20mA)                                                  Efficiency vs. VIN (4x10mA)

            100%                                                                               100%

                        95%                VDIODE = 3.2V  VDIODE = 3.4V                        95%                  VDIODE = 3.2V  VDIODE = 3.4V
                        90%                                                                    90%

Efficiency              85%  VDIODE = 3.0V                                        Efficiency   85%   VDIODE = 3.0V
                        80%                                                                    80%

                        75%                                                                    75%

                        70%                                                                    70%

                        65%                                                                    65%

                        60%                                                                    60%

                        55%                                                                    55%

                        50%                                                                    50%

                             2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7 3.9 4.1 4.3 4.5 4.7 4.9 5.1                     2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7 3.9 4.1 4.3 4.5 4.7 4.9 5.1

                                            VIN (V)                                                                      VIN (V)

                             IDIODE vs. VIN (4x20mA)                                                         IDIODE vs. VIN (4x10mA)

                        85                                                                     45

                                           VDIODE = 3.2V  VDIODE = 3.4V

                        80

IDIODE (mA)             75   VDIODE = 3.0V                                        IDIODE (mA)                       VDIODE = 3.2V  VDIODE = 3.4V

                                                                                               40

                        70

                        65                                                                                VDIODE = 3.0V

                        60                                                                     35
                          2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7 3.9 4.1 4.3 4.5 4.7 4.9 5.1                     2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7 3.9 4.1 4.3 4.5 4.7 4.9 5.1

                                                          VIN (V)                                                                VIN (V)

                             Quiescent Current vs. VIN                                                    VIH and VIL vs. VIN

                        2.6                                                       0.850

                        2.4                                                       0.825

Quiescent Current (mA)  2.2                                                       0.800

                        2.0

                        1.8                                                       0.775

                        1.6                                                       0.750

                        1.4                                                       0.725
                                                                                  0.700
                        1.2                               VDIODE = 3.4V
                        1.0

                        0.8                               VDIODE = 3.2V           0.675
                        0.6 VDIODE = 3.0V                                         0.650
                                                                                  0.625
                        0.4

                        0.2

                        0.0                                                       0.600

                             2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7 3.9 4.1 4.3 4.5 4.7 4.9 5.1              2.5    3.0  3.5            4.0       4.5            5.0  5.5

                                            VIN (V)                                                                      VIN (V)

3123.2003.09.1.1                                                                                                                                       5
                                                                AAT3123/4

                                 High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
                                            Pump for White LED Applications

Typical Characteristics

(Unless otherwise noted, VIN = 3.5V, CIN = COUT = C1 = C2 = 1�F, TA = 25�C)

   Turn-On to Full Scale Charge-Pump            Turn-On to Full Scale Load-Switch

       ENSET                                 ENSET
      (1V/div)                              (1V/div)

          OUT                                   OUT
      (2V/div)                              (2V/div)

         VDIODE                                VDIODE
      (1V/div)                              (2V/div)

              IIN                                   IIN
(200mA/div)                           (100mA/div)

                   50�s/div                                                  50�s/div

   Charge Pump to Load Switch (80mA)            Load Switch to Charge Pump (80mA)

             VIN                                   VIN
(10mV/div)                            (20mV/div)

          OUT                                   OUT
      (2V/div)                              (1V/div)

         VDIODE                               VDIODE
      (2V/div)                              (1V/div)

              IIN                                   IIN
(100mA/div)                           (200mV/div)

                   50�s/div                                                  50�s/div

                   Turn-Off                                80mA Load Characteristics

                      200�s/div                 VIN

       ENSET                          20mV/div  OUT
      (1V/div)                                  VDIODE

         VDIODE
      (2V/div)

              IIN
(100mA/div)

                                                                             1�s/div

6                                                                                      3123.2003.09.1.1
                                                                    AAT3123/4

                                     High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
                                                Pump for White LED Applications

Functional Block Diagram                                                                                                     VIN   C1+
                                                                                                                          1x/1.5x  C1-
                                                                                                              Soft Start  Charge   C2+
                                                                                                               Control     Pump    C2-
                                                                                                                1MHz               OUT
                                                                                                              Oscillator
                                                                                                               Voltage
                                                                                                              Reference

                                     RCeCfuuerrrrreeennnctte                                                                       D1

                                                                                                                          Quad     D2
                                                                                                                          Output
                                                                                                                          DAC      D3

                                                                                                                                   D4

                  EN/SET  S2Cwire    32 x 8 bit                                                                            Dual    D5*
                          Interface    ROM                                                                                Output
                                                                                                                          DAC
                                                                                                                                   D6*

                                                                                                                                                                   *AAT 3124 only

                                                                                                                          GND

Functional Description                                                                                                    The AAT3123/24 requires only four external compo-
                                                                                                                          nents: two 1�F ceramic capacitors for the charge
The AAT3123/24 is a dual mode Load Switch (1X)                                                                            pump flying capacitors (C1 and C2), one 1�F ceram-
and high efficiency (1.5X) fractional charge pump                                                                         ic input capacitor (CIN) and one 0.33�F to 1�F ceram-
device intended for white LED back light applica-                                                                         ic output capacitor (COUT). The LDO/1.5X charge
tions. The fractional charge pump consists of a low                                                                       pump output is converted into four (D1 to D4) or six
dropout linear voltage regulator followed by a 1.5X                                                                       (D1-D4 and D5-D6) constant current outputs to drive
charge pump with multiple current-source outputs.                                                                         four or six individual LEDs with a maximum current of
To maximize power conversion efficiency an internal                                                                       20mA each. The current source output magnitude is
feedback control sensing circuit monitors the voltage                                                                     controlled by the EN/SET serial data S2C interface.
required on the constant current source outputs.                                                                          The interface records rising edges of the EN/SET pin,
This control circuit then sets the load switch and                                                                        and decodes them into 32 individual current level set-
charge pump functions based upon the input voltage                                                                        tings each 1dB apart (see Current Level Settings
level versus the output voltage level needed. This                                                                        below). Code 32 is full scale, and Code 1 is full scale
function significantly enhances over all device effi-                                                                     attenuated by 31dB. The modulo 32 interface wraps
ciency when the input voltage level is greater then                                                                       states back to state 1 after the 32nd clock.
the voltage required at the constant current source
outputs. For the AAT3123, the 1X Load Switch / 1.5X                                                                       With each EN/SET pulse, the output current increas-
charge pump mode is decided on the voltage sensed                                                                         es by 1dB. To decrease the output current by 1dB, 31
on the output D1. The AAT3124 bases the 1X Load                                                                           EN/SET clock pulses are required. The counter can
Switch/1.5X charge pump mode decision is based                                                                            be clocked at speeds up to 1MHz, so intermediate
on the voltage levels sensed on either the output D1-                                                                     states are not visible. The first rising edge of EN/SET
D4 output group or the D5-D6 output group, which                                                                          enables the IC and initially sets the output LED cur-
ever is greater. Switchover between the 1.5X                                                                              rent to -31dB, the lowest setting equal to 525�A.
(charge-pump) operating mode and the 1X (load                                                                             Once the final clock cycle is input for the desired
switch) mode occurs automatically (as a function of                                                                       brightness level, the EN/SET pin is held high to main-
input and output voltages) and does not require user                                                                      tain the device output current at the programmed
intervention to maintain maximum efficiency.                                                                              level. The device is disabled 500�s after the EN/SET
                                                                                                                          pin transitions to a logic low state.

3123.2003.09.1.1                                                                                                                                                                   7
                                                              AAT3123/4

                               High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
                                          Pump for White LED Applications

Applications Information                                is 1dB greater than the previous code. In this man-
                                                        ner, LED brightness appears linear with each
Constant Current Output Level Settings                  increasing code count. Because the outputs D1 to
                                                        D6 are true independent constant current sources,
The constant current source output amplitude for        the voltage observed on any single given output
output D1 to D6 are set via the serial interface        will be determined by the actual forward voltage
according to a logarithmic scale where each code        (VF) for the LED being driven.

   Normalized IOUT (D1 to D6)                                   Normalized Output Current Settings

                               1.0
                               0.9
                               0.8
                               0.7
                               0.6
                               0.5
                               0.4
                               0.3
                               0.2
                               0.1
                               0.0

                                    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

                                                                                                       Code

Since the output current of the AAT3123/24 is pro-      Constant Current Source Output
grammable through its simple single-wire serial         Programming Levels (mA):
interface, no PWM (pulse width modulation) or
additional control circuitry is needed to control LED   Code  IOUT   Code   IOUT
brightness. This feature greatly reduces the burden           (mA)         (mA)
on a microcontroller or system IC to manage LED            1           17
or display brightness, allowing the user to "set it,       2  0.549    18  3.529
and forget it." Furthermore, with its high speed seri-     3  0.627    19  4.000
al interface (1MHz data rate), the output current of       4  0.706    20  4.471
the AAT3123/24 can changed successively to                 5  0.784    21  5.020
brighten or dim LEDs, in smooth transitions (e.g. to       6  0.863    22  5.647
fade-out) or in abrupt steps, giving the user com-         7  1.020    23  6.353
plete programmability and real time control of LED         8  1.098    24  7.059
brightness.                                                9  1.255    25  7.922
                                                          10  1.412    26  8.941
                                                          11  1.569    27  10.039
                                                          12  1.804    28  11.216
                                                          13  1.961    29  12.627
                                                          14  2.275    30  14.118
                                                          15  2.510    31  15.843
                                                          16  2.824    32  17.804
                                                              3.137        20.000

8                                                                          3123.2003.09.1.1
                                                            AAT3123/4

                             High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
                                        Pump for White LED Applications

EN/SET Serial Interface                                 high to maintain the device output current at the
                                                        programmed level. The device is disabled 500�s
The current source output magnitude is controlled       after the EN/SET pin transitions to a logic low state.
by the EN/SET pin, using AnalogicTech's Simple          The EN/SET timing is designed to accommodate a
Serial Control (S2Cwire) interface. The interface       wide range of data rates. After the first rising edge
records rising edges of the EN/SET pin, and             of EN/SET, the charge pump is enabled and reach-
decodes them into 32 individual current level set-      es full capacity after the soft start time (tSS). During
tings each 1dB apart. Code 32 is full scale, and        the soft start time, multiple clock pulses may be
Code 1 is full scale attenuated by 31dB. The modu-      entered on the EN/SET pin to set the final output
lo 32 interface wraps states back to state 1 after the  current level with a single burst of clocks.
32nd clock, so 1dB of attenuation is achieved by        Alternatively, the EN/SET clock pulses may be
clocking the EN/SET pin 31 times. The counter can       entered one at a time to gradually increase the LED
be clocked at speeds up to 1MHz, so intermediate        brightness over any desired time period. A constant
states are not visible. The first rising edge of        current is sourced as long as EN/SET remains in a
EN/SET enables the IC and initially sets the output     logic high state. The current source outputs are
LED current to -31dB, the lowest setting equal to       switched off after EN/SET has remained in a low
525�A. Once the final clock cycle is input for the      state for at least the tOFF timeout period.
desired brightness level, the EN/SET pin is held

EN/SET Timing

                                        tHI                   tOFF
                                tLO

                  EN/SET     1                          2  3        OFF
                   Code OFF

LED Selection                                           current-sources in the AAT3123/24 makes it capa-
                                                        ble of driving LED's with forward voltages as high
The AAT3123/24 is specifically intended for driving     as 4.3V at full current from an input supply as low
white LED's. However, the device design will allow      as 3.0V. Outputs can be paralleled to drive high
the AAT3123/24 to drive most types of LED's with        current LED's without complication.
forward voltage specifications ranging from 2.0V to
4.3V. LED applications may include main and sub-        Device Switching Noise Performance
LCD display backlighting, camera photo-flash appli-
cations, color (RGB) LED's, infrared (IR) diodes for    The AAT3123/24 operates at a fixed frequency of
remotes, and other loads benefiting from a controlled   approximately 1MHz to control noise and limit har-
output-current generated from a varying input-volt-     monics that can interfere with the RF operation of
age. Since the D1 to D6 output current sources are      cellular telephone handsets or other communica-
matched with negligible voltage dependence, the         tion devices. Back-injected noise appearing on the
LED brightness will be matched regardless of the        input pin of the Charge Pump is 20mV peak-to-
specific LED forward voltage (VF) levels.               peak, typically ten times less than inductor-based
                                                        DC/DC boost converter white LED backlight solu-
In some instances (e.g. in high-luminous-output         tions. The AAT3123/24 soft-start feature prevents
applications such as photo-flash) it may be neces-      noise transient effects associated with in-rush cur-
sary to drive high-VF type LED's. The low-dropout       rents during the start up of the charge pump circuit.

3123.2003.09.1.1                                                         9
                                   AAT3123/4

    High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
               Pump for White LED Applications

Power Efficiency and Device                               load connected to the constant current source out-
Evaluation                                                puts. When in "Load Switch" mode, the voltage
                                                          conversion efficiency is defined as output power
The charge pump efficiency discussion in the fol-         divided by input power:
lowing sections only account for the efficiency of
the charge pump section itself. Due to the unique                                   = POUT/PIN
circuit architecture and design of the AAT3123/24,
it is very difficult to measure efficiency in terms of a  The expression to define the ideal efficiency ( ) can
percent value comparing input power over output           be rewritten as:
power.
                                                           = POUT/PIN = (VOUT x IOUT)/(VIN x IOUT) = VOUT/VIN
Since the AAT3123/24 outputs are pure constant
current sources and typically drive individual loads, it  or
is difficult to measure the output voltage for a given
output (D1 to D6) to derive an overall output power                          (%) = 100(VOUT/VIN)
measurement. For any given application, white LED
forward voltage levels can differ, yet the output drive   Charge Pump Section Efficiency
current will be maintained as a constant.
                                                          The AAT3123/24 contains a fractional charge pump
This makes quantifying output power a difficult task      which will boost the input supply voltage in the
when taken in the context of comparing to other white     event where VIN is less then the voltage required
LED driver circuit topologies. A better way to quantify   on the constant current source outputs. The effi-
total device efficiency is to observe the total input     ciency () can be simply defined as a linear voltage
power to the device for a given LED current drive         regulator with an effective output voltage that is
level. The best White LED driver for a given applica-     equal to one and a half times the input voltage.
tion should be based on trade-offs of size, external      Efficiency () for an ideal 1.5x charge pump can
component count, reliability, operating range and         typically be expressed as the output power divided
total energy usage...Not just "% efficiency".             by the input power.

The AAT3123/24 efficiency may be quantified                                         = POUT/PIN
under very specific conditions and is dependant
upon the input voltage versus the output voltage          In addition, with an ideal 1.5x charge pump, the
seen across the loads applied to outputs D1               output current may be expressed as 2/3 of the
through D4 or D6 for a given constant current set-        input current. The expression to define the ideal
ting. Depending upon the case of VIN being greater        efficiency () can be rewritten as:
than the specific voltage seen across the load on
D1 (or D5 when the AAT3124 is used) the device             = POUT/PIN = (VOUT x IOUT)/(VIN x 1.5IOUT) = VOUT/1.5VIN
will operate in "Load Switch" mode. If the voltage
seen on the constant current source output is less                         (%) = 100(VOUT/1.5VIN)
than VIN then the device will operate in 1.5X charge
pump mode. Each of these two modes will yield             For a charge pump with an output of 5 volts and a
different efficiency values. One should refer to the      nominal input of 3.5 volts, the theoretical efficiency
following two sections for explanations for each          is 95%. Due to internal switching losses and IC
operational mode.                                         quiescent current consumption, the actual efficien-
                                                          cy can be measured at 93%. These figures are in
Load Switch Mode Efficiency                               close agreement for output load conditions from
                                                          1mA to 100mA. Efficiency will decrease as load
The AAT3123/24 load switch mode is operational            current drops below 0.05mA or when level of VIN
at all times and functions alone to enhance device        approaches VOUT. Refer to the Typical Character-
power conversion efficiency when the condition            istics section for measured plots of efficiency ver-
exists where VIN is greater then voltage across the       sus input voltage and output load current for the
                                                          given charge pump output voltage options.

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                               AAT3123/4

High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
           Pump for White LED Applications

Capacitor Selection                                    Capacitor area is another contributor to ESR.
                                                       Capacitors that are physically large will have a lower
Careful selection of the four external capacitors      ESR when compared to an equivalent material
CIN, C1, C2, COUT is important because they will       smaller capacitor. These larger devices can improve
affect turn on time, output ripple and transient per-  circuit transient response when compared to an
formance. Optimum performance will be obtained         equal value capacitor in a smaller package size.
when low ESR (<100m) ceramic capacitors are
used. In general, low ESR may be defined as less       Thermal Protection
than 100m. A capacitor value of 1�F for all four
capacitors is a good starting point when choosing      The AAT3123/24 has a thermal protection circuit
capacitors. If the LED current sources are only        that will shut down the internal LDO and charge
programmed for light current levels, then the          pump if the die temperature rises above the ther-
capacitor size may be decreased.                       mal limit as is the case during a short circuit of the
                                                       OUT pin.
Capacitor Characteristics
                                                       Driving Multiple LED's, White LED
Ceramic composition capacitors are highly recom-       display module back lights and
mended over all other types of capacitors for use      individual LED's connected in parallel
with the AAT3123/24. Ceramic capacitors offer
many advantages over their tantalum and alu-           The AAT3123/24 D1 to D6 outputs are true con-
minum electrolytic counterparts. A ceramic capac-      stant current sources capable of driving up to
itor typically has very low ESR, is lowest cost, has   20mA each over the operation input voltage range.
a smaller PCB footprint and is non-polarized. Low      Since these outputs are true constant current
ESR ceramic capacitors help maximize charge            sources, they may be connected in parallel to drive
pump transient response. Since ceramic capaci-         a single power output. Any combination of outputs
tors are non-polarized, they are not prone to incor-   (D1 to D6) may be connected in parallel. The max-
rect connection damage.                                imum total output current is a sum of how many
                                                       current sources are parallel connected. This fea-
Equivalent Series Resistance (ESR)                     ture is particularly useful to power pre-manufac-
                                                       tured display modules which are pre-wired with
ESR is an important characteristic to consider when    white LED backlights connected in a parallel circuit
selecting a capacitor. ESR is a resistance internal    configuration. Any combination of outputs may be
to a capacitor, which is caused by the leads, inter-   connected in parallel to drive groups of LED's. The
nal connections, size or area, material composition    AAT3123 internal current source reference circuit
and ambient temperature. Capacitor ESR is typi-        bases feedback from current sensed on the D1
cally measured in milliohms for ceramic capacitors     output. The AAT3124 internal current source refer-
and can range to more than several ohms for tanta-     ence circuit bases feedback from current sensed
lum or aluminum electrolytic capacitors.               on the D1 and D5 outputs. For best operation, the
                                                       only requirement for this type of application is the
Ceramic Capacitor Materials                            output D1 (and or D5 for the AAT3124) should
                                                       always be connected to the load circuit.
Ceramic capacitors less than 0.1�F are typically
made from NPO or COG materials. NPO and COG            The AAT3124 may be used to drive multiple LED's
materials typically have tight tolerance and are sta-  having differing forward voltages. Using feedback
ble over temperature. Large capacitor values are       techniques, the current in D1 to D4 output currents
typically composed of X7R, X5R, Z5U or Y5V             sources are referenced to the current in the LED
dielectric materials. Large ceramic capacitors, typ-   connected to D1. In AAT3124 (six output version),
ically greater than 2.2 F are often available in low   the D5 and D6 output current sources are refer-
cost Y5V and Z5U dielectrics, but capacitors           enced to the current in D5, not to D1. If all six LED's
greater than 1�F are typically not required for        are of similar type, the diodes will be matched in
AAT3123/24 applications.                               current, maintaining uniform LED brightness
                                                       despite variations in manufacturer, production, etc.
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                                                                                                                       11
                                   AAT3123/4

    High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
               Pump for White LED Applications

If however, the diodes are dramatically different in  application schematics). The photo-flash can be
type comprising a mix of high-VF type and low-VF-     disabled by an N-channel switch connected in
type LED's, the AAT3124 has the capability to opti-   series with the photo-flash LED.
mally drive up to four LED's of one-type and up to
two LED's of another type simultaneously. Such a      The AAT3123/24 has only one programmed value
feature can be useful for driving different color     of current and does not allow for separate on/off or
LED's; driving both display backlight and photo-      brightness control of each current source output.
flash LED's; or for driving main-LCD and sub-LCD      This limitation can easily be circumvented by intro-
display LED backlights from a single Charge Pump      ducing grounded source N-channel MOSFET
IC. For example, when driving independent RGB         switches in series with the LEDs to turn any given
LED's, the green and blue type LED's typically        LED (or bank of LEDs) on or off. The various LEDs
require a high VF to operate (e.g. 3.7V) while the    can be turned on and off independently, simultane-
red LED needs a low forward voltage (e.g. 2V). By     ously, or multiplexed to produce any variety of light-
connecting the green and blue diodes to outputs       ing effects. By reprogramming the current source
D1 to D4 and the red diodes to D5 and D6, good        (via the serial interface) between switching transi-
control and uniformity in brightness is maintained    tions, the brightness of individual LEDs, or banks of
despite the 2V difference in the diode forward volt-  LEDs can also be controlled.
ages. The AAT3124 determines if the 1.5X charge
pump circuit is needed based on the voltage on D1     Charge Pump Compatibility
and D5, which ever one is higher. If adequate volt-
age is available to drive the higher voltage LED (of  The 4-output AAT3123 is pin-compatible with the
output D1 or D5) without the charge pump running,     AAT3113 in both QFN and TSOPJW-12 packages.
the IC automatically switches into step down (1X)     The six-output AAT3124 is pin compatible with the
mode to maximize efficiency.                          AAT3114 in the QFN package. Compared to the
                                                      AAT3113/14, the AAT3123/24 offers an improved
Similarly, if a 4V photo-flash LED-array is connect-  overall efficiency, wider operating range, and the
ed to outputs D1 through D4 (with the outputs         ability to drive high-VF type LED's (up to 4.3V) at
shorted together) and two 3.3V sub-LCD-display        full current from a 3V input condition. The
backlight LED's are connected to outputs D5 and       AAT3123/24 is well suited for battery powered
D6, then the AAT3124 can optimally drive each set     applications using single-cell lithium-ion (Li-Ion)
of LED's at the programmed current level (see         batteries (4.2V to 2.8V), lithium polymer batteries,
                                                      and 3-series connected dry cells (3.6V).

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                                                                    AAT3123/4

                                     High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
                                                Pump for White LED Applications

Additional Application Circuits

                                     VIN        C1+

VBATTERY          CIN          COUT  VOUT       C1-         C1
                                                C2+         1�F

                  1�F          1�F   AAT3123                C2
                                                            1�F

                                                C2-

                                                D1
                                                D2
                  EN/SET             EN/SET     D3
                                                D4

                                           GND              D4       D3      D2      D1

                       Typical AAT3123 Application Circuit

                                     VIN        C1+

                                     VOUT       C1-         C1
                                                C2+         1�F

VBATTERY          CIN          COUT  AAT3123                C2
                                                            1�F
                  1�F          1�F

                                                C2-

                                                        D1                       Display Module
                                                        D2
                       EN/SET                           D3
                                                        D4
                                     EN/SET

                                           GND                   D1      D2      D3      D4

                                                                 RB      RB      RB      RB

                                                                                                                                                                        Resistor R is optional

                  AAT3123 Driving a Display Module with 4 Paralleled White LED's

3123.2003.09.1.1                                                                                                                                                                                13
                                                                   AAT3123/4

                                    High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
                                               Pump for White LED Applications

Additional Application Circuits

                                    VIN          C1+

                                                                          C1        D1   D2   D3   D4

                                                                          1�F

                                    VOUT         C1-
                                                 C2+

    VBATTERY       CIN        COUT  AAT3124                               C2        RB   RB   RB   RB
                   1�F        1�F                                         1�F

                                                 C2-                                          Resistor R is optional

                                                 D1
                                                 D2
                                                 D3
                                                 D4
                   EN/SET           EN/SET       D5
                                                 D6                                      D5   D6

                                          GND

                                                                                         RB   RB

                                                                                              Resistor R is optional

    AAT3124 Driving Two Groups of Paralleled White LED's (e.g. main-LCD & sub-LCD backlights)

                              VIN           C1+

                              VOUT          C1-                   C1
                                            C2+                   1�F

    VBATTERY  CIN       COUT        AAT3124                       C2
                                                                  1�F
              1�F       1�F

                                            C2-

                                            D1
                                            D2
                                            D3
                                            D4                       D1        D2   D3   D4   D5   D6
              EN/SET          EN/SET        D5
                                            D6
                                    GND
                                                                     RB*       RB*  RB*  RB*  RB*  RB*

                                                        Photo Flash LED

                                                                                              Resistor R is optional

    *In some applications, white LED forward voltages (VF) can vary significantly. Ballast resistors between the LED cathodes and ground are recommended
    for balancing the forward voltage differences. The ballast resistor value may be approximated by the following equation:

                                                 RB  =  VSOURCE   -  VF
                                                              IF

                   AAT3124 Driving High Current Photo-Flash LED

14                                                                                                 3123.2003.09.1.1
                                                                                   AAT3123/4

                                                    High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
                                                               Pump for White LED Applications

Additional Application Circuits

                                                    VIN        C1+

                                                    VOUT       C1-  C1
                                                               C2+  1�F

VBATTERY          CIN                         COUT  AAT3124         C2
                                                                    1�F
                  1�F                         1�F

                                                               C2-

                                                               D1
                                                               D2
                                                               D3
                                                               D4            D1  D2  D3  D4
                  EN/SET                            EN/SET     D5
                                                               D6
                                                          GND
                                                                    D5   D6

                    Enable Display Backlight
                  Enable Keyboard Backlight

AAT3124 Driving Two Groups of Paralleled White LEDs (with Series N-channel Switch)

                                                    VIN        C1+

                                                    VOUT       C1-  C1
                                                               C2+  1�F
                                                                    C2
VBATTERY          CIN                         COUT  AAT3124         1�F

                  1�F                         1�F                   RED1 RED2 GRN1 GRN2 BLU1 BLU2

                                                               C2-

                                                               D1
                                                               D2
                                                               D3
                                                               D4
                       EN/SET                       EN/SET     D5
                                                               D6
                                                          GND

                     Enable Red
                  Enable Green

                    Enable Blue

                  AAT3124 Separately Driving RGB Color LEDs

3123.2003.09.1.1                                                                                   15
                                                                AAT3123/4

                                 High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
                                            Pump for White LED Applications

Additional Application Circuits

                                 VIN        C1+

                                 VOUT       C1-  C1
                                            C2+  1�F

    VBATTERY  CIN     COUT       AAT3124         C2
                                                 1�F
              1�F     1�F
                                                                        Common-Anode
                                            C2-                         RGB Color LED

                                            D1           RED GRN BLU
                                            D2
                                            D3
                                            D4
              EN/SET             EN/SET     D5
                                            D6
                                       GND

                     Enable Red
                  Enable Green

                     Enable Blue

              AAT3124 Driving Common-Anode RGB Color LED

16                                                                                     3123.2003.09.1.1
                                                                                                     AAT3123/4

                                                                      High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
                                                                                 Pump for White LED Applications

Ordering Information

                    Package                                     Marking1                                             Part Number (Tape and Reel)
                  TSOPJW-12                                      IRXYY                                                     AAT3123ITP-20-T1
                   QFN44-16                                      ISXYY                                                     AAT3124ISN-20-T1

                  Note: Sample stock is generally held on all part numbers listed in BOLD.
                  Note 1: XYY = assembly and date code.

Package Information

                                                                                       TSOPJW-12

                                0.20  +                         0.10
                                      -                         0.05

                                                                      2.40 � 0.10
                                                                                2.85 � 0.20

                  0.50 BSC 0.50 BSC 0.50 BSC 0.50 BSC 0.50 BSC                                                       7� NOM  0.04 REF
                                  3.00 � 0.10

                                                                      0.9625 � 0.0375  0.10             0.15 � 0.05
                                                                                          0.065

                                                                                       +
                                                                                          -

                                                                                       1.00

                                0.055 � 0.045                                                           4� � 4�                        0.45 � 0.15

                                                                                                 0.010

All dimensions in millimeters.

3123.2003.09.1.1                                                                                                                                    17
                                                                                      AAT3123/4

                                                       High Efficiency 1X/1.5X Fractional Charge
                                                                  Pump for White LED Applications

                                                       QFN44-16

                                 Pin 1 Dot By Marking  4.000 � 0.050                                          0.330 � 0.050                   Pin 1 Identification
                                                                                  0.650 BSC 0.600 � 0.050              13
                                4.000 � 0.050                                                                                16
                                                                                                                                           1  2.400 � 0.050
                                Top View                                                                                                               0.450 � 0.050
                                                                                                                 R0.030Max

                                                                                                           9                    4

                                                                                                              8              5

                                                                                                                 2.280 REF

                                                                                                              Bottom View

                                                       0.0125 � 0.0125                                                         0.203 � 0.025  0.900 � 0.050

                                                                                                              Side View

All dimensions in millimeters.

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