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this is information on a product in full production. march 2012 doc id 16867 rev 5 1/53 53 pm6652 single-phase controller for intel ? mvp 6.5 render voltage regulator, cpu and vr11 cpu datasheet ? production data features 4.5 v to 36 v input voltage range 0.3 v to 1.5 v output voltage range imvp6.5 gpu/cpu and vr11 cpu mode selection very fast load transient response using constant-on-time loop control remote voltage sensing programmable droop function 7-bit dynamic voltage positioning (vid) programmable pwm frequency lossless current sense with inductor dcr accurate inductor current sense with r sense negative current limit boot diode embedded latched ovp, uvp and overtemperature pulse-skipping when suspend state is selected output voltage ripple compensation soft-start and soft-end power good available current monitor (imon) thermal throttling applications intel mobile graphic core imvp6.5 intel mobile cpu imvp6.5 intel atom ? vr11 based devices notebook, netbook and nettop computers handheld devices and pdas description the pm6652 is a single-phase, step-down smps controller with high precision 7-bit dac. it has been designed to supply the cpu and the graphics core (render engine) of the intel ? mobile platform, according to intel mvp6.5 specifications. the pm6652 can also be configured to supply the 7-bit family, vr11 compliant, atom ? processors. the controller, based on constant on-time (cot) architecture, allows real-time dynamic switching of the core operating voltages and frequencies, working in both performance and suspend render states. an embedded integrator control loop compensates the dc voltage error due to the output ripple. the high efficiency at light load, achieved with pulse-skipping working mode, and the extremely low shutdown and quiescent adsorbed current, make the pm6652 the ideal choice in battery powered devices. vfqfpn-32 5x5 mm table 1. device summary order codes package packaging pm6652 vfqfpn-32 5 x 5 mm (exposed pad) tr ay PM6652TR tape and reel www.st.com
contents pm6652 2/53 doc id 16867 rev 5 contents 1 typical application circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 pin settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.1 connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2 pin description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3 electrical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.1 maximum rating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.2 thermal data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.3 recommended operating conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4 electrical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 5 voltage identification (vid) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 6 typical operating characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 7 block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 8 device description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 8.1 constant on-time pwm control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 8.1.1 constant on-time pwm architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 8.1.2 output ripple compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 8.2 mode selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 8.3 pulse-skip working mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 8.4 differential remote sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 8.5 droop function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 8.6 voltage dynamic (vid) transitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 8.7 current sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 8.8 soft-start and soft-end . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 8.9 internal mos drivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 8.10 monitoring and protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 8.10.1 power good . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 pm6652 contents doc id 16867 rev 5 3/53 8.10.2 current monitor (imon) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 8.10.3 thermal throttling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 8.10.4 overvoltage protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 8.10.5 undervoltage protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 8.10.6 overcurrent protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 8.10.7 svcc undervoltage protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 8.10.8 thermal protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 8.11 system accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 8.11.1 vcore accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 8.11.2 current reporting (imon) accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 9 application ideas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 9.1 load transient response improvement with feedback capacitor . . . . . . . . 43 9.2 voltage regulation without droop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 10 layout guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 11 package mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 12 revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 list of figures pm6652 4/53 doc id 16867 rev 5 list of figures figure 1. typical application circuit - imvp6.5 render core supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 figure 2. typical application circuit - imvp6.5 lv/ulv cpu supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 figure 3. typical application circuit ? vr11 atom cpu supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 figure 4. pm6652 pinout (top view) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 figure 5. pin functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 figure 6. vcore turn-on and pgood rising - no load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 figure 7. vcore turn-on - cpu imvp6.5 mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 figure 8. vcore working mode - dprslpvr asserted, no load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 figure 9. vcore working mode (0.9 v) - dprslpvr asserted, no load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 figure 10. vcore working mode (0.4 v) - dprslpvr asserted, no load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 figure 11. vcore working mode - dprslpvr not asserted, no load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 figure 12. vcore working mode - dprslpvr not asserted, 10 a load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 figure 13. vcore working mode (0.9 v) - dprslpvr not asserted, no load. . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 figure 14. vcore working mode (0.4 v) - dprslpvr not asserted, no load. . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 figure 15. vid5 transition - entering and exiting suspend state (fast exit) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 figure 16. vid5 transition - entering and exiting suspend state (slow exit) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 figure 17. droop function - 5 a to 15 a transient response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 figure 18. vcore vid step variation - vr11 mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 figure 19. vcore soft-end - coreon pin de-assertion and pgood transition. . . . . . . . . . . . . . . . 21 figure 20. vcore overvoltage (+200 mv) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 figure 21. vcore undervoltage (-300 mv) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 figure 22. vcore efficiency (dprslpvr high and low) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 figure 23. vcore load regulation - droop function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 figure 24. simplified block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 figure 25. pm6652 integrator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 figure 26. pm6652 droop function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 figure 27. gfx supply - vid step, skip mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 figure 28. cpu imvp6.5 - vid step, skip mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 figure 29. precision resistor current sensing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 figure 30. inductor's dcr current sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 figure 31. l > c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 figure 32. l < c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 figure 33. thermal compensation network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 figure 34. imvp6.5 gfx mode startup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 figure 35. impv6.5 cpu mode startup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 figure 36. vdac soft-start voltage slew-rate vs. capacitor value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 figure 37. average current limit - recovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 figure 38. average current limit detected . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 figure 39. current monitor with external components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 figure 40. voltage regulator thermal throttling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 figure 41. valley current limit circuitry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 figure 42. valley current limit detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 figure 43. c15 good and c34 ok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 figure 44. c15 big and c34 ok. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 figure 45. c15 small and c34 ok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 figure 46. c15 good and c34 small . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 figure 47. c15 good and c34 big . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 figure 48. c15 ok and c34 ok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 pm6652 list of figures doc id 16867 rev 5 5/53 figure 49. no load line output reference schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 figure 50. load line disabled ? vccio supply example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 figure 51. vccio output voltage ripple (1 a) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 figure 52. vccio output voltage ripple (16 a) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 figure 53. load transient response - 5 khz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 figure 54. load transient response - 40 khz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 figure 55. load transient response - 100 khz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 figure 56. load transient response - 300 khz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 figure 57. vfqfpn 5x5x1.0 mm 32l pitch 0.50 mechanical drawing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 list of tables pm6652 6/53 doc id 16867 rev 5 list of tables table 1. device summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 table 2. absolute maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 table 3. thermal data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 table 4. recommended operating conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 table 5. electrical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 table 6. vid for intel mvp 6.5 gfx core and cpu operation mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 table 7. voltage identification (vid) for intel vr11 operation mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 table 8. pm6652 mode of operation selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 table 9. vfqfpn 5x5x1.0 mm 32l pitch 0.50 mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 table 10. document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 pm6652 typical application circuit doc id 16867 rev 5 7/53 1 typical application circuit figure 1. typical application circuit - imvp6.5 render core supply figure 2. typical application circuit - imvp6.5 lv/ulv cpu supply # 6 3 3 ? 3 . 3 ' & |