探索LTC6993：多功能單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器的設(shè)計與應(yīng)用

在電子設(shè)計領(lǐng)域，單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器是一種非常實用的電路，它能夠在接收到觸發(fā)信號后，輸出一個固定寬度的脈沖。今天，我們要深入探討的是凌力爾特（現(xiàn)ADI）公司的LTC6993系列單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器，它具有可編程脈沖寬度、多種觸發(fā)選項和輸出極性選擇等特性，適用于各種應(yīng)用場景。

文件下載：LTC6993CDCB-4#TRMPBF.pdf

產(chǎn)品概述

LTC6993是TimerBlox?家族的一員，是一款可編程脈沖寬度為1μs至33.6秒的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（也稱為“單觸發(fā)”脈沖發(fā)生器）。它通過一個電阻 (R{SET}) 來編程內(nèi)部主振蕩器的頻率，從而設(shè)定時間基準(zhǔn)。輸出脈沖寬度由主振蕩器和一個可編程的內(nèi)部時鐘分頻器 (N{DIV}) 決定， (N_{DIV}) 有8種設(shè)置，從1到 (2^{21}) 。其輸出脈沖由觸發(fā)輸入（TRIG）的轉(zhuǎn)換啟動，每個部分都可以配置為產(chǎn)生正或負(fù)輸出脈沖。

產(chǎn)品特性

脈沖寬度范圍與精度

• 寬范圍：脈沖寬度范圍為1μs至33.6秒，能夠滿足不同應(yīng)用的需求。
• 高精度：對于不同的脈沖寬度范圍，精度有所不同。例如，當(dāng)脈沖寬度 (>512 mu s) 時，最大誤差 (<2.3 %) ；脈沖寬度為8us至512us時，誤差 (<3.4 %) ；脈沖寬度為1us至8us時，誤差 (<4.9 %) 。

多種配置選項

• 觸發(fā)選項：有上升沿或下降沿觸發(fā)兩種選擇，并且有可重觸發(fā)和不可重觸發(fā)版本。
• 輸出極性：可配置為正或負(fù)輸出脈沖。

電氣性能

• 電源范圍：支持2.25V至5.5V的單電源操作。
• 低功耗：在10μs脈沖寬度時，電源電流僅為70μA。
• 快速啟動：啟動時間為500μs。
• 高驅(qū)動能力：CMOS輸出驅(qū)動器能夠源/灌20mA電流。

工作溫度范圍

• 工作溫度范圍為–55°C至125°C，適用于各種惡劣環(huán)境。

封裝形式

• 提供低輪廓（1mm）SOT - 23（ThinSOT?）和2mm × 3mm DFN封裝。
• 符合AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)，適用于汽車應(yīng)用。

工作原理

主振蕩器控制

LTC6993圍繞一個最小周期為1μs的主振蕩器構(gòu)建。振蕩器由SET引腳的電流（ (I{SET}) ）和電壓（ (V{SET}) ）控制，轉(zhuǎn)換因子為1μs/50kΩ，在典型條件下精度可達(dá)±1.7%。反饋回路將 (V{SET}) 維持在1V ± 30mV，因此 (I{SET}) 成為控制脈沖寬度的主要手段。最簡單的方法是在SET和GND之間連接一個電阻 (R{SET}) ，使得 (I{SET}=V{SET} / R{SET}) ，此時主振蕩器的周期公式為 (t{MASTER }=1 mu s cdot frac{R{SET }}{50 k Omega}) 。

輸出脈沖生成

觸發(fā)信號（TRIG引腳的上升或下降沿）將輸出鎖存到激活狀態(tài)，啟動輸出脈沖。同時，主振蕩器開始計時，當(dāng)達(dá)到所需的脈沖寬度時，主振蕩器復(fù)位輸出鎖存器。

可編程分頻器

LTC6993還包括一個可編程頻率分頻器，可將頻率進(jìn)一步除以1、8、64、512、4096、 (2^{15}) 、 (2^{18}) 或 (2^{21}) ，從而擴(kuò)展脈沖寬度。分頻比 (N{DIV}) 由連接到DIV引腳的電阻分壓器設(shè)置，輸出脈沖寬度公式為 (t{OUT }=frac{N{DIV } cdot R{SET }}{50 k Omega} cdot 1 mu s) 。

DIVCODE設(shè)置

DIV引腳連接到一個內(nèi)部的 (V^{+}) 參考4位A/D轉(zhuǎn)換器，用于確定DIVCODE值。DIVCODE決定了頻率分頻器設(shè)置 (N{DIV}) 和OUT引腳的極性（通過POL位）。 (V{DIV}) 可以通過 (V^{+}) 和GND之間的電阻分壓器生成，推薦使用1%的電阻以確保精度。

設(shè)計步驟

選擇POL位設(shè)置

根據(jù)需要選擇輸出脈沖的極性， (DIVCODE ≥8) 時， (POL =1) ，產(chǎn)生低電平有效脈沖。

選擇LTC6993版本

根據(jù)TRIG輸入是上升沿還是下降沿，以及是否允許重觸發(fā)來選擇合適的LTC6993版本。

選擇 (N_{DIV}) 頻率分頻器值

對于給定的輸出脈沖寬度 (t{OUT}) ， (N{DIV}) 應(yīng)選擇在 (frac{t{OUT }}{16 mu s} leq N{DIV } leq frac{t{OUT }}{1 mu s}) 范圍內(nèi)。為了最小化電源電流，應(yīng)選擇最低的 (N{DIV}) 值，但在某些情況下，較高的 (N_{DIV}) 值可能提供更好的精度。

計算和選擇 (R_{SET})

使用公式 (R{S E T}=frac{50 k}{1 mu s} cdot frac{t{OUT }}{N{D I V}}) 計算 (R{SET}) 的值，并選擇最接近的標(biāo)準(zhǔn)電阻值。

典型應(yīng)用

缺失脈沖檢測器

使用可重觸發(fā)的單觸發(fā)，輸出反相。只要在 (t_{OUT}) 時間內(nèi)發(fā)生重觸發(fā)，輸出就保持低電平。

無線電控制伺服參考脈沖發(fā)生器

用于生成1.5ms的參考脈沖，為伺服系統(tǒng)提供精確的控制信號。

脈沖延遲發(fā)生器

可以實現(xiàn)脈沖的延遲輸出，滿足特定的時序要求。

安全超時繼電器驅(qū)動器

在輸入脈沖丟失后，經(jīng)過設(shè)定的時間（如5s）自動關(guān)閉，確保系統(tǒng)安全。

注意事項

電源旁路和PCB布局

• 電源應(yīng)保持無噪聲和紋波，使用0.1μF的電容直接旁路到GND引腳。
• 所有無源元件應(yīng)放置在電路板的頂層，以最小化走線電感。
• (R_{SET}) 應(yīng)盡可能靠近SET引腳，并直接連接到GND引腳。
• 使用接地走線屏蔽SET引腳，減少輻射信號的干擾。

ISET極端情況

當(dāng) (I{SET}) 超出推薦的1.25μA至20μA范圍時，主振蕩器的精度會下降。當(dāng) (I{SET}) 低于約500nA時，振蕩器將停止，輸出脈沖將持續(xù)直到 (I_{SET}) 再次增加。

耦合誤差

SET引腳對數(shù)字信號的耦合比較敏感，即使是良好的布局也會存在一定的耦合。在 (N_{DIV }=1) 時，指定的精度中已經(jīng)考慮了這種誤差。

總結(jié)

LTC6993是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器，具有多種配置選項和高精度的脈沖寬度控制能力。它適用于各種應(yīng)用場景，如汽車電子、工業(yè)控制、通信等。在設(shè)計過程中，需要根據(jù)具體需求選擇合適的配置參數(shù)，并注意電源旁路和PCB布局等問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。希望本文能夠幫助電子工程師更好地理解和應(yīng)用LTC6993。你在使用LTC6993的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。