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摘要：本應(yīng)用筆記幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在使用MAX16948雙通道遠(yuǎn)端天線LDO/開關(guān)時(shí)選擇正確的外部元件，確保車載穩(wěn)壓幻象天線電源和輸出電流監(jiān)測(cè)電路滿足性能指標(biāo)。本文提供電子計(jì)算器，幫助限定MAX16948的關(guān)鍵外部元件，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。計(jì)算器也確定器件的模擬輸出電壓、輸出限流門限，以及輸出電流檢測(cè)精度。計(jì)算器包括新的自動(dòng)逐步向?qū)Чδ?，幫助設(shè)計(jì)者選擇元件。為使用新自動(dòng)功能，點(diǎn)擊相應(yīng)部分的Step By Step按鈕。
引言
MAX16948是一款雙通道、高電壓、低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)/開關(guān)，帶有輸出電流檢測(cè)功能。器件通過(guò)同軸電纜為汽車系統(tǒng)中的遠(yuǎn)端射頻(RF)低噪聲放大器(LNA)提供幻象電源，每通道的最大電流達(dá)300mA。MAX16948設(shè)計(jì)工作在4.5V至28V的輸入電壓范圍(45V拋負(fù)載容限)。
器件提供8.5V固定穩(wěn)壓輸出電壓或1V至12V可調(diào)穩(wěn)壓輸出電壓(LDO模式)。器件也可以配置為開關(guān)(SW模式)。
MAX16948監(jiān)測(cè)每通道的負(fù)載電流，提供兩路與檢測(cè)輸出電流成比例的模擬輸出電流(從SENSE_1引腳源出)。高精度內(nèi)部可調(diào)電流限值保護(hù)輸入電源不受過(guò)流和短路條件的損害。
器件具有電池短路保護(hù)、反向電流檢測(cè)、輸入過(guò)壓和熱過(guò)載關(guān)斷功能，這些故障條件期間，閉鎖內(nèi)部LDO/開關(guān)。MAX16948包括兩路獨(dú)立的低電平有效、高壓兼容關(guān)斷輸入(SHDN_)，可以將每通道置于低功耗關(guān)斷模式，以及將兩路低電平有效開漏錯(cuò)誤報(bào)警輸出(ERR_)。
MAX16948的外部元件
圖1所示為MAX16948的典型應(yīng)用電路。主要外部元件及其功能如下：
- R1_和R2_設(shè)置器件處于輸出電壓可調(diào)的LDO模式時(shí)的穩(wěn)壓輸出電壓。
- RLIM_設(shè)置限流門限。
- RSENSE確定ADC滿幅輸入電壓和輸出電流檢測(cè)精度。
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圖1. MAX16948典型應(yīng)用電路。
利用這些外部元件，用戶很容易針對(duì)具體應(yīng)用配置MAX16948。還需要其它外部元件，將在下文中討論。
輸入電容
在IN和GND之間并聯(lián)電解電容和低ESR陶瓷電容，以限制瞬時(shí)輸出短路條件期間的輸入電壓降，以及防止器件受到IN線上電感引起的瞬態(tài)損害。例如，如果估算輸入電感(包括任何雜散電感)為20μH，使用至少0.1μF陶瓷電容與至少10μF電解電容并聯(lián)。
MAX16948的工作輸入電壓接近于輸出電壓時(shí)，例如處于壓差下的SW工作模式或LDO模式，必須小心謹(jǐn)慎，避免在對(duì)地短路故障時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤的反向電流檢測(cè)。如果兩路通道均已使能，其中一路在啟動(dòng)后對(duì)地短路，從CIN吸收的電流可能會(huì)造成輸入電壓短時(shí)跌落，這可能會(huì)觸發(fā)反向電流檢測(cè)故障。這種錯(cuò)誤故障檢測(cè)在低輸出電流(小于80mA)時(shí)更為嚴(yán)重。為避免這種錯(cuò)誤觸發(fā)事件，采用至少100μF的輸入電解電容。
LDO模式輸出電壓
LDO模式下使用時(shí)，器件的每個(gè)通道可配置為提供8.5V固定輸出或1V至12V可調(diào)輸出電壓。通過(guò)將FB_引腳連接至REG，將輸出電壓設(shè)置為8.5V。該模式下，由于無(wú)需考慮外部電阻的容限，所以輸出電壓精度較高。
需要不同輸出電壓時(shí)，在OUT_、FB_和GND之間連接電阻分壓器。確定電阻分壓器值的公式如下所示。
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圖2. MAX16948穩(wěn)壓幻象電源。
電阻R1_和R2_ (圖2)設(shè)置MAX16948的輸出電壓。選擇小于或等于1kΩ的R2_標(biāo)準(zhǔn)電阻(R2_(STD))。利用下式計(jì)算最優(yōu)的R1_值：
式中，VFB_為調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的反饋引腳電壓(標(biāo)稱值為1V)。
選定盡量接近R1_的標(biāo)準(zhǔn)電阻2R1_(STD))后，典型輸出電壓為：
考慮到電阻容差(RTOL)，輸出電壓的最小和最大值為：
及
式中，VFB_(MIN)為0.97V，VFB_(MAX)為1.03V (輸出電流范圍為5mA至150mA)。R1_(MIN)、R1_(MAX)、R2_(MIN)和R2_(MAX)分別為R1_和R2_的最小值和最大值：
如果標(biāo)稱輸出電壓相對(duì)于預(yù)期輸出電壓的偏離太大，可采用標(biāo)準(zhǔn)電阻的串聯(lián)或并聯(lián)組合，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)電阻分壓器。
將預(yù)期輸出電壓(VOUT_)、R2_的標(biāo)準(zhǔn)值及這些電阻的容差填入MAX16948計(jì)算器的對(duì)應(yīng)部分，用戶很容易確定R1_的值。計(jì)算器確定最優(yōu)R1_值后，在相應(yīng)單元中插入標(biāo)準(zhǔn)值，以估算VOUT_范圍限值。或者，點(diǎn)擊Step By Step按鈕，由計(jì)算器逐步引導(dǎo)完成LDO模式輸出電壓部分。
在OUT_和GND之間連接大于> 1μF的電容與0.1μF低ESR (< 900mΩ)電容并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓器穩(wěn)定性。這些電容應(yīng)盡量靠近器件。使用電介質(zhì)為X7R的電容，以確保器件的整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。
與輸入電容的方式相似，輸出電容保護(hù)器件不受輸出中任何串聯(lián)電感引起的瞬態(tài)損害。在任何條件下，OUT_上的電壓都不應(yīng)低于-0.3V，如數(shù)據(jù)資料中Absolute Maximum Ratings部分規(guī)定。如果預(yù)計(jì)瞬態(tài)會(huì)低于地，需要肖特基二極管作箝位，尤其PCB上在負(fù)載之前有輸出電感時(shí)。所選肖特基二極管的正向偏壓必須小于0.3V，正向電流等于限流門限。3
限流門限
LIM_引腳電壓達(dá)到VLIM門限(典型值為2.5V)時(shí)，MAX16948限制OUT_的輸出電流。從LIM_源出的電流與從OUT_源出的負(fù)載電流成比例，比例因子稱為電流檢測(cè)放大器(CSA)增益。這種方式下，限流門限ILIM_由電阻RLIM_設(shè)置。
利用下式確定最優(yōu)RLIM_值：
式中，ILIM_為預(yù)期限流門限，VLIM(TYP)為限制輸出電流時(shí)LIM_引腳上的典型電壓門限(2.5V)，A(TYP)為CSA增益典型值(0.005mA/mA)。
選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻值(RLIM_(STD))，盡量接近RLIM_。那么典型限流門限為：
考慮到容差不相關(guān)性，最壞情況限流門限范圍介于以下兩個(gè)公式之間：
及
式中，VLIM_(MIN)為2.375V，VLIM_(MAX)為2.625V；A(MIN)為0.00485mA/mA，A(MAX)為0.00515mA/mA (典型輸出電流100mA)；RLIM_(MIN)和RLIM_(MAX)為RLIM_的最小和最大值，基于RTOL的值。
如果限流門限范圍不合適，可采用標(biāo)準(zhǔn)電阻的串聯(lián)或并聯(lián)組合，獲得最優(yōu)范圍。
MAX16948計(jì)算器4通過(guò)選擇限流門限范圍限值(ILIM_(TYP)、ILIM_(MIN)或ILIM_(MAX))，計(jì)算RLIM_的最優(yōu)值，幫助用戶選擇RLIM_電阻。通過(guò)選擇ILIM_(TYP)、ILIM_(MIN)或ILIM_(MAX)，以及相對(duì)限流門限值和RLIM_容限，實(shí)現(xiàn)以上目的。計(jì)算器確定最優(yōu)RLIM_值后，在相應(yīng)單元中插入標(biāo)準(zhǔn)電阻值，以估算ILIM_范圍限值。或者，點(diǎn)擊Step By Step按鈕，由計(jì)算器逐步引導(dǎo)完成限流門限部分。
必須將0.1μF補(bǔ)償電容(CLIM__)與RLIM_并聯(lián)，以在限流環(huán)路中建立主導(dǎo)極點(diǎn)。這樣可維持穩(wěn)定性，并防止快速電流瞬態(tài)過(guò)早觸發(fā)限流(圖3)。
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圖3. MAX16948輸出限流。
ADC輸入范圍和輸出電流檢測(cè)精度
MAX16948源出的電流與OUT_引腳上的負(fù)載電流成比例，比例因子為CSA增益。該電流通過(guò)RSENSE_，產(chǎn)生與輸出電流成比例的電壓。利用這一特性，就可能利用ADC采樣SENSE_引腳上的電壓，從而監(jiān)測(cè)輸出電流。
ADC滿幅輸入電壓(VADCFS_)由RSENSE_設(shè)置。
利用下式確定最優(yōu)RSENSE_值：
式中，ILIM_(TYP)為之前部分計(jì)算的典型限流門限，A(TYP)為CSA增益典型值(0.005mA/mA)。
選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻值(RSENSE_(STD))，盡量接近RSENSE_。那么典型ADC滿幅輸入電壓為：
考慮到電阻容差(RTOL)，ADC滿幅輸入范圍的最小和最大值為：
及
式中，VLIM_(MIN)為2.375V，VLIM_(MAX)為2.625V；RLIM_(MIN)和RLIM_(MAX)已在之前部分計(jì)算得到；RSENSE_(MIN)和RSENSE_(MAX)的最小和最大值，基于RTOL值。
利用電子計(jì)算器5的輸出電流檢測(cè)部分，用戶在插入相應(yīng)的ADC滿幅輸入電壓(VADCFS_)和RSENSE_的容差后，很容易確定RSENSE_值。計(jì)算器確定最優(yōu)RSENSE_值后，在相應(yīng)單元中插入標(biāo)準(zhǔn)值，以估算VADCFS_范圍限值。或者，點(diǎn)擊Step By Step按鈕，由計(jì)算器逐步引導(dǎo)完成輸出電流檢測(cè)部分。
然而，使用該部分之前，需要在計(jì)算器的限流門限部分確定ILIM_范圍限值。
應(yīng)將0.1μF電容(CSENSE)與RSENSE_并聯(lián)，以在ADC采樣循環(huán)期間保持電壓(圖4)。
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圖4. ADC輸入范圍。
利用ADC (VADC_)測(cè)得SENSE_引腳上的電壓后，可用下式估算輸出電流：
由于RSENSE_容限和CSA增益參數(shù)值離散，估算的輸出電流值會(huì)在以下兩個(gè)公式之間變化：
及
用100mA典型輸出電流代替CSA增益值：
最終，ADC測(cè)量電流的精度為：
也可在計(jì)算器的輸出電流檢測(cè)部分的O.C.S精度行中確定該參數(shù)。
負(fù)載開路和過(guò)流條件檢測(cè)
除ADC采樣外，通過(guò)使用外部比較器以及將RSENSE_分成電阻分壓器(R3_、R4_和R5_) (圖5)，可檢測(cè)負(fù)載開路或過(guò)流條件。
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圖5. 負(fù)載開路和過(guò)流檢測(cè)電路。
比較器的輸出(OC_和OL_)表示電路的工作狀態(tài)，如表1所示。
| 表1.電路工作狀態(tài) | ||
| OC | OL | State |
| 0 | 0 | Normal Operation |
| 0 | 1 | Open-Load Condition |
| 1 | 0 | Overcurrent Condition |
| 1 | 1 | Invalid State |
利用下式確定R5_值：
式中，IOPEN-LOAD_為通過(guò)LDO/開關(guān)的預(yù)期負(fù)載開路電流門限，VOL_,TH為比較器U2_的負(fù)載開路電壓門限，A(TYP)為CSA增益典型值(0.005mA/mA)。計(jì)算得到R5_電阻值后，利用下式確定R4_值：
式中，IOVERCURRENT_為通過(guò)LDO/開關(guān)的預(yù)期過(guò)流門限，必須小于ILIM_(MIN)；VOC_,TH為比較器U1_的過(guò)流電壓門限；A(TYP)為CSA增益典型值(0.005mA/mA)。
最后，計(jì)算R3_：
R3_ = RSENSE_ - R4_ - R5_
考慮到R3_、R4_和R5_標(biāo)準(zhǔn)電阻的容差(RTOL)，負(fù)載開路和過(guò)流門限的最小、典型和最大值為：
式中，A(MIN)為0.00485mA/mA，A(MAX)為0.00515mA/mA (典型輸出電流100mA)；R4_(MIN)、R4_(MAX)、R5_(MIN)和R5_(MAX)分別為R4_和R5_的最小和最大值，基于RTOL容限。
用戶可利用計(jì)算器6的負(fù)載開路和過(guò)流檢測(cè)部分確定R4_、R5_和R6_的值。插入IOPEN-LOAD_ (IOL_)、IOVERCURRENT_ (IOC_)、VOL_,TH、VOC_,TH和電阻容限。利用計(jì)算器確定R4_、R5_和R6_的最優(yōu)值后，在相應(yīng)單元中插入標(biāo)準(zhǔn)電阻值，以估算IOPEN-LOAD_和IOVERCURRENT_范圍限值。點(diǎn)擊Step By Step按鈕，由計(jì)算器逐步引導(dǎo)完成負(fù)載開路和過(guò)流檢測(cè)部分。
使用計(jì)算器的負(fù)載開路和過(guò)流檢測(cè)部分之前，需要在輸出電流檢測(cè)部分確定RSENSE_。
計(jì)算示例
這些計(jì)算例子中，我們假設(shè)天線幻象電源應(yīng)用，電源輸入電壓為5V，典型負(fù)載電流為100mA，最大限流門限值為120mA，采用3.3V輸入范圍ADC來(lái)監(jiān)測(cè)輸出電流。
假設(shè)MAX16948的IN引腳直接連接至電池，器件必須配置為L(zhǎng)DO模式，以獲得5V OUT_電壓。為此，必須確定R1_和R2_組成的外部電阻分壓器。為R2_ (R2_(STD))選擇小于或等于1kΩ的標(biāo)準(zhǔn)值，然后計(jì)算R1_：
R2_(STD) = 750Ω, RTOL = 1% (E96 Series)
從E96系列中選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻(R1_(STD) = 3010Ω)，輸出電壓范圍為：
為使最大限流門限(ILIM_(MAX))等于120mA，可重新整理ILIM_(MAX)公式后計(jì)算RLIM_：
從E96系列中選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻(RLIM_(STD) = 4530Ω)，限流門限范圍為：
ADC輸入范圍為3.3V時(shí)，計(jì)算最優(yōu)RSENSE_如下：
從E96系列選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻(RSENSE_(STD) = 6040O, RTOL = 1%)，ADC滿幅輸入電壓范圍為：
VADCFS_(TYP) = RSENSE_(STD) × ILIM_(TYP) × A(TYP) = 6040Ω × 110.375mA × 0.005 = 3.333V
VADCFS_(MIN) = RSENSE_(MIN) × ILIM_(MIN) × A(MIN) = 5979.6Ω × 100.794mA × 0.00485 = 3.104V
VADCFS_(MAX) = RSENSE_(MAX) × ILIM_(MAX) × A(MAX) = 6100.4Ω × 120.685mA × 0.00515 = 3.571V
那么輸出電流監(jiān)測(cè)的精度為：
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論