深入解析 LTC2923：電源跟蹤與排序的理想解決方案

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電源的跟蹤和排序至關(guān)重要，它直接影響著設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。LTC2923 作為一款強(qiáng)大的電源跟蹤控制器，為我們提供了簡(jiǎn)單而有效的解決方案。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款芯片。

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一、LTC2923 概述

LTC2923 是 Linear Technology 公司推出的一款電源跟蹤與排序控制器，它具有靈活的電源跟蹤功能，可實(shí)現(xiàn)電源的上下跟蹤和排序，且不會(huì)影響電源的穩(wěn)定性。該芯片能夠控制兩個(gè)無(wú)需串聯(lián) FET 的電源，還能通過(guò)串聯(lián) FET 控制第三個(gè)電源，同時(shí)具備可調(diào)的斜坡速率和電子斷路器功能。它有 10 引腳 MS 和 12 引腳（4mm × 3mm）DFN 兩種封裝形式，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，如 VCORE 和 (V_{1 / 0}) 電源跟蹤、微處理器、DSP 和 FPGA 電源以及服務(wù)器和通信系統(tǒng)等。

二、關(guān)鍵特性

1. 靈活的電源跟蹤與排序：通過(guò)選擇幾個(gè)電阻，就可以配置電源的斜坡上升和下降方式，實(shí)現(xiàn)電源的同步跟蹤、帶電壓偏移跟蹤、比例跟蹤或按順序啟動(dòng)。
2. 不影響電源穩(wěn)定性：通過(guò)向兩個(gè)獨(dú)立開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的反饋節(jié)點(diǎn)引入電流，使輸出跟蹤，且不插入任何通態(tài)元件損耗。采用開(kāi)環(huán)方式控制電流，不影響電源的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性，電源啟動(dòng)完成后呈現(xiàn)高阻抗，有效從 DC/DC 電路中移除。
3. 可控制多個(gè)電源：能控制兩個(gè)“從”電源跟蹤一個(gè)“主”信號(hào)，還可通過(guò)串聯(lián) FET 控制第三個(gè)電源。
4. 可調(diào)斜坡速率：通過(guò)外部電容和內(nèi)部 10μA 電流源可設(shè)置電源的斜坡速率。
5. 電子斷路器保護(hù)：在短路情況下，電子斷路器可快速響應(yīng)，保護(hù)電路安全。

三、電氣特性與性能

（一）電氣特性

LTC2923 的電氣特性在不同條件下有明確的參數(shù)范圍。例如，輸入電源范圍為 2.9V 至 5.5V，輸入電源欠壓鎖定在 2.2V 至 2.7V 之間，ON 引腳閾值電壓為 1.212V 至 1.248V 等。這些參數(shù)確保了芯片在不同工作環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。

（二）典型性能特性

從典型性能特性曲線中，我們可以看到芯片在不同電壓、溫度和電流條件下的性能表現(xiàn)。例如，VGATE 與 VCC、IGATE 與 VCC 的關(guān)系曲線，ICC 與 VCC 的關(guān)系曲線等。這些曲線有助于我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的參數(shù)，確保電源系統(tǒng)的性能最優(yōu)。

四、引腳功能詳解

（一）(V_{CC})（引腳 1）

正電源輸入引腳，工作電源輸入范圍為 2.9V 至 5.5V。當(dāng)電源低于 2.5V 時(shí)，欠壓鎖定電路會(huì)重置芯片。建議使用 0.1μF 電容將 (V_{CC}) 旁路到 GND，以減少電源噪聲。

（二）ON（引腳 2）

控制輸入引腳，閾值為 1.23V，具有 75mV 的遲滯。高電平使 10μA 電流從 GATE 引腳流出，電源斜坡上升；低電平使 10μA 電流從 GATE 引腳流入，電源斜坡下降。將 ON 引腳拉至 0.4V 以下可重置電子斷路器。

（三）TRACK1、TRACK2（引腳 3、4）

跟蹤控制輸入引腳，通過(guò) RAMPBUF 和 TRACKx 之間的電阻分壓器確定從電源的跟蹤曲線。TRACKx 可上拉至 0.8V，其提供的電流會(huì)鏡像到 FBx 引腳。在短路情況下，TRACKx 引腳可提供高達(dá) 30mA 的電流，因此應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間將其連接到 GND，且每個(gè) TRACKx 引腳的電容應(yīng)限制在 25pF 以下。

（四）RAMPBUF（引腳 5）

斜坡緩沖輸出引腳，提供 RAMP 引腳信號(hào)的低阻抗緩沖版本，用于驅(qū)動(dòng)連接到 TRACKx 引腳的電阻分壓器。RAMPBUF 引腳的電容應(yīng)限制在 100pF 以下。

（五）GND（引腳 6）

電路接地引腳。

（六）FB1、FB2（引腳 8、7）

反饋控制輸出引腳，通過(guò)將 TRACKx 引腳的電流鏡像到 FBx 引腳，實(shí)現(xiàn)從電源的跟蹤。為防止損壞從電源，F(xiàn)Bx 引腳不會(huì)將從電源的反饋節(jié)點(diǎn)電壓拉高至 1.7V 以上，且即使 LTC2923 未供電，也不會(huì)主動(dòng)從該節(jié)點(diǎn)吸收電流。

（七）GATE（引腳 9/引腳 11）

外部 N 溝道 FET 的柵極驅(qū)動(dòng)引腳。當(dāng) ON 引腳為高電平時(shí)，內(nèi)部 10μA 電流源對(duì)外部 N 溝道 MOSFET 的柵極充電；當(dāng) ON 引腳為低電平時(shí)，GATE 引腳以 10μA 電流下拉。在短路情況下，電子斷路器會(huì)以 20mA 電流快速下拉 GATE 引腳。建議在該電容和 FET 的柵極之間添加 10Ω 電阻，以防止高頻振蕩。

（八）RAMP（引腳 10/引腳 12）

斜坡緩沖輸入引腳。當(dāng)連接到外部 N 溝道 FET 的源極時(shí)，從電源會(huì)跟蹤 FET 源極的斜坡變化。當(dāng)沒(méi)有外部 FET 時(shí)，可將 RAMP 引腳直接連接到 GATE 引腳。

（九）SDO（引腳 9，僅 DE 封裝）

從電源關(guān)斷輸出引腳，為開(kāi)漏輸出，可用于控制從電源的關(guān)斷或 RUN/SS 引腳。

（十）STATUS（引腳 10，僅 DE 封裝）

電源良好狀態(tài)指示引腳，為開(kāi)漏輸出，在 GATE 引腳完全充電之前為低電平，所有電源達(dá)到最終工作電壓后變?yōu)楦唠娖健?/p>

五、應(yīng)用信息與設(shè)計(jì)步驟

（一）電源跟蹤與排序類(lèi)型

LTC2923 可實(shí)現(xiàn)多種電源跟蹤和排序方式，包括同步跟蹤、偏移跟蹤、比例跟蹤和電源順序啟動(dòng)。不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電源的啟動(dòng)和跟蹤方式有不同的要求，LTC2923 能夠滿足這些多樣化的需求。

（二）設(shè)計(jì)步驟

1. 設(shè)置主信號(hào)的斜坡速率：根據(jù)主電源的期望斜坡速率 (S{M}) ，計(jì)算 GATE 引腳上電容 (C{GATE}) 的值，公式為 (C{GATE}=frac{I{GATE}}{S{M}}) ，其中 (I{GATE} approx 10 mu A) 。如果外部 FET 的柵極電容與 (C_{GATE}) 相當(dāng)，則應(yīng)減小外部電容的值。若不使用外部 FET，將 GATE 和 RAMP 引腳連接在一起。
2. 求解提供從電源期望斜坡速率的電阻對(duì)：選擇從電源的斜坡速率 (S{S}) ，使用公式 (R{T B}=R{F B} cdot frac{S{M}}{S{S}}) 和 (R{T A}'=frac{V{TRACK }}{frac{V{FB}}{R{FB}}+frac{V{FB}}{R{FA }}-frac{V{TRACK }}{R{TB}}}) 計(jì)算電阻值，其中 (V{TRACK } ≈0.8 ~V) 。需要注意的是，較大的從電源斜坡速率與主電源斜坡速率之比 (S{S} / S{M}) 可能導(dǎo)致 (R_{TA}') 為負(fù)值。
3. 選擇 (R_{T A}) 以獲得期望的延遲：如果不需要延遲，令 (R{TA}=R{TA}') ；如果需要延遲，先將期望的電壓偏移 (V{OS}) 轉(zhuǎn)換為延遲 (t{D}) ，公式為 (t{D}=frac{V{O S}}{S{S}}) ，然后使用公式 (R{T A}''=frac{V{TRACK} cdot R{TB}}{t{D} cdot S{M}}) 計(jì)算 (R{TA}'') ，最后通過(guò) (R{TA}=R{TA}' | R{TA}'') 計(jì)算 (R_{TA}) 。

（三）實(shí)際應(yīng)用示例

文檔中給出了同步跟蹤、比例跟蹤、偏移跟蹤和電源順序啟動(dòng)等多個(gè)實(shí)際應(yīng)用示例，通過(guò)詳細(xì)的計(jì)算和電路原理圖，展示了如何根據(jù)不同的需求設(shè)計(jì)電路。這些示例為我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)中提供了寶貴的參考。

六、注意事項(xiàng)

（一）最終合理性檢查

在設(shè)計(jì)完成后，需要進(jìn)行最終的合理性檢查，以確保設(shè)計(jì)的可行性。例如，檢查從電源是否能在主信號(hào)達(dá)到最終電壓之前完成斜坡上升，TRACKx 引腳的電流是否不超過(guò) 1mA，RAMPBUF 引腳的電流是否不超過(guò) ±2mA 等。

（二）升壓和線性穩(wěn)壓器的使用

LTC2923 的跟蹤單元并非適用于所有類(lèi)型的電源。對(duì)于升壓穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器，需要特別注意。例如，升壓穩(wěn)壓器在輸出電壓低于輸入電壓時(shí)，LTC2923 的跟蹤單元可能無(wú)法有效驅(qū)動(dòng)輸出；線性穩(wěn)壓器可能存在一些特殊的電路設(shè)計(jì)，導(dǎo)致跟蹤單元無(wú)法正常工作，因此建議進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。

（三）負(fù)載要求

當(dāng)電源快速斜坡下降時(shí)，負(fù)載或電源本身必須能夠吸收足夠的電流以支持斜坡速率。如果負(fù)載電阻較弱且輸出電容較大，不吸收電流的電源的下降斜坡速率可能會(huì)受到負(fù)載和輸出電容的 RC 時(shí)間常數(shù)的限制。

（四）啟動(dòng)延遲

電源在施加輸入電源后可能不會(huì)立即啟動(dòng)，如果 LTC2923 試圖在輸入電源存在時(shí)立即啟動(dòng)這些電源，可能會(huì)導(dǎo)致輸出啟動(dòng)延遲，從而影響跟蹤電路的正常工作。可以通過(guò)減小從電源的軟啟動(dòng)電容或在 ON 引腳的電阻分壓器中加入電容來(lái)延遲斜坡上升。

（五）布局考慮

在 PCB 布局時(shí)，應(yīng)將 0.1μF 旁路電容盡可能靠近 LTC2923 的電源引腳。在 FET 附近連接一個(gè) 10Ω 電阻，可防止高頻振蕩。保持 LTC2923 的 FBx 引腳與從電源反饋節(jié)點(diǎn)之間的走線盡可能短，以減少噪聲。在某些情況下，可在從電源反饋節(jié)點(diǎn)附近串聯(lián)一個(gè)電阻，但該電阻的值不應(yīng)超過(guò) (R{SERIES }=frac{1.5 V-V{FB}}{I{MAX}}=left(frac{1.5 V}{V{FB}}-1right)left(R{FA} | R{FB}right)) 。

七、總結(jié)

LTC2923 是一款功能強(qiáng)大、靈活且易于使用的電源跟蹤與排序控制器。它為電子工程師提供了一個(gè)簡(jiǎn)單而有效的解決方案，能夠滿足多種電源管理需求。通過(guò)深入了解其特性、引腳功能、應(yīng)用信息和注意事項(xiàng)，我們可以更好地利用這款芯片，設(shè)計(jì)出性能穩(wěn)定、可靠的電源系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行合理的參數(shù)選擇和電路布局，以確保系統(tǒng)的最佳性能。你在使用 LTC2923 或其他電源管理芯片時(shí)，遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。