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

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器是一種非常重要的電路元件，它能夠在接收到觸發(fā)信號(hào)后產(chǎn)生一個(gè)固定寬度的脈沖。今天，我們就來(lái)深入了解一下凌力爾特（現(xiàn)ADI）的LTC6993系列單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器，看看它有哪些獨(dú)特的特性和應(yīng)用場(chǎng)景。

文件下載：LTC6993MPS6-2#TRPBF.pdf

一、LTC6993概述

LTC6993是TimerBlox?家族中的一員，是一款可編程單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（也稱(chēng)為“單觸發(fā)”脈沖發(fā)生器），其脈沖寬度可在1μs至33.6秒之間進(jìn)行編程。該系列有LTC6993 - 1、LTC6993 - 2、LTC6993 - 3和LTC6993 - 4四個(gè)版本，以提供不同的觸發(fā)信號(hào)極性和重觸發(fā)能力。

1.1 主要特性

• 寬脈沖寬度范圍：脈沖寬度范圍從1μs到33.6秒，可滿(mǎn)足多種應(yīng)用需求。
• 低誤差：對(duì)于不同的脈沖寬度，誤差控制在一定范圍內(nèi)，如脈沖寬度 > 512μs時(shí)，最大誤差 < 2.3%。
• 多種配置選項(xiàng)：可配置為上升沿或下降沿觸發(fā)，可重觸發(fā)或不可重觸發(fā)，還能配置為正或負(fù)輸出脈沖。
• 低功耗：在10μs脈沖寬度時(shí)，電源電流僅70μA。
• 寬工作溫度范圍：-55°C至125°C，適用于各種惡劣環(huán)境。
• 多種封裝形式：提供低輪廓（1mm）SOT - 23（ThinSOT?）和2mm × 3mm DFN封裝。
• 汽車(chē)級(jí)認(rèn)證：符合AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)，可用于汽車(chē)應(yīng)用。

1.2 應(yīng)用場(chǎng)景

LTC6993的應(yīng)用非常廣泛，包括看門(mén)狗定時(shí)器、頻率鑒別器、缺失脈沖檢測(cè)、包絡(luò)檢測(cè)等，還適用于高振動(dòng)、高加速度環(huán)境以及便攜式和電池供電設(shè)備。

二、技術(shù)細(xì)節(jié)

2.1 脈沖寬度編程

LTC6993的輸出脈沖寬度由內(nèi)部主振蕩器和可編程時(shí)鐘分頻器 (N{DIV}) 決定。通過(guò)一個(gè)單一電阻 (R{SET}) 來(lái)編程內(nèi)部主振蕩器頻率，從而設(shè)置LTC6993的時(shí)基。輸出脈沖寬度的計(jì)算公式為： [t{OUT }=frac{N{DIV } cdot R{SET }}{50 k Omega} cdot 1 mu s, N{DIV }=1,8,64, ..., 2^{21}]

2.2 觸發(fā)與重觸發(fā)

LTC6993 - 2和LTC6993 - 4是可重觸發(fā)的，這意味著在輸出脈沖期間，如果再次接收到觸發(fā)信號(hào)，脈沖寬度將被延長(zhǎng)。而LTC6993 - 1和LTC6993 - 3在輸出脈沖期間會(huì)忽略額外的觸發(fā)輸入，直到脈沖結(jié)束。

2.3 輸出極性控制

通過(guò)DIV引腳的電壓設(shè)置DIVCODE，其中DIVCODE的最高位（POL）決定了輸出引腳的極性。當(dāng) (POL = 0) 時(shí)，輸出產(chǎn)生正脈沖；當(dāng) (POL = 1) 時(shí)，輸出產(chǎn)生負(fù)脈沖。

2.4 電氣特性

文檔中詳細(xì)列出了LTC6993的電氣特性，包括輸出脈沖寬度、脈沖寬度精度、脈沖寬度隨溫度和電源的變化、電源電流等。例如，在不同的 (N{DIV}) 設(shè)置下，脈沖寬度的誤差范圍不同，同時(shí)電源電流也會(huì)隨著 (N{DIV}) 和 (R_{SET}) 的變化而變化。

三、設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 基本設(shè)計(jì)步驟

使用LTC6993進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以按照以下步驟進(jìn)行：

1. 選擇POL位設(shè)置：根據(jù)需要選擇輸出脈沖的極性， (DIVCODE ≥ 8) 時(shí) (POL = 1)，產(chǎn)生低電平有效脈沖。
2. 選擇LTC6993版本：根據(jù)觸發(fā)信號(hào)的極性（上升沿或下降沿）和是否需要重觸發(fā)來(lái)選擇合適的版本。
3. 選擇 (N_{DIV}) 頻率分頻器值：根據(jù)所需的輸出脈沖寬度 (t{OUT})，選擇合適的 (N{DIV}) 值，范圍為 (frac{t{OUT }}{16 mu s} leq N{DIV } leq frac{t{OUT }}{1 mu s})。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}) 值可能會(huì)提供更好的精度。
4. 計(jì)算并選擇 (R_{SET})：使用公式 (R{SET}=frac{50 k}{1 mu s} cdot frac{t{OUT }}{N{DIV}}) 計(jì)算 (R{SET}) 的值，并選擇最接近的標(biāo)準(zhǔn)電阻值。

3.2 應(yīng)用示例

文檔中給出了多個(gè)典型應(yīng)用示例，如缺失脈沖檢測(cè)器、脈沖延遲發(fā)生器、RC伺服脈沖發(fā)生器等。以缺失脈沖檢測(cè)器為例，使用可重觸發(fā)的LTC6993 - 2，輸出反相。只要在 (t_{OUT} = 64μs) 內(nèi)發(fā)生重觸發(fā)，輸出就保持低電平。

四、注意事項(xiàng)

4.1 ISET極端情況

當(dāng) (I{SET}) 超出推薦的1.25μA至20μA范圍時(shí)，主振蕩器的工作頻率會(huì)超出最準(zhǔn)確的62.5kHz至1MHz范圍，導(dǎo)致精度降低。當(dāng) (I{SET}) 約為500nA時(shí)，振蕩器將停止，輸出脈沖將不會(huì)終止，直到 (I_{SET}) 增加。

4.2 建立時(shí)間

在 (I{SET}) 發(fā)生2×或0.5×階躍變化后，輸出脈沖寬度大約需要六個(gè)主時(shí)鐘周期（6 ? (t{MASTER})）才能穩(wěn)定到最終值的1%以?xún)?nèi)。

4.3 耦合誤差

SET引腳對(duì)數(shù)字信號(hào)（如TRIG輸入）的耦合很敏感，即使是良好的布局也會(huì)存在一定的耦合。因此，在PCB布局時(shí)應(yīng)避免將SET引腳與TRIG引腳（或其他快速邊沿、寬擺幅信號(hào)）相鄰布線(xiàn)。

4.4 電源旁路和PCB布局

為了確保LTC6993的性能，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾娫磁月泛秃侠淼腜CB布局。具體建議包括：

• 使用低電感路徑將旁路電容C1直接連接到V + 和GND引腳。
• 將所有無(wú)源元件放置在電路板的頂層，以最小化走線(xiàn)電感。
• 將 (R_{SET}) 盡可能靠近SET引腳，并進(jìn)行直接、短的連接。
• 使用接地走線(xiàn)屏蔽SET引腳，以防止輻射信號(hào)的干擾。
• 將R1和R2靠近DIV引腳放置，以減少外部信號(hào)的耦合。

五、總結(jié)

LTC6993系列單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器具有寬脈沖寬度范圍、低誤差、多種配置選項(xiàng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)具體需求選擇合適的版本和參數(shù)，并注意ISET極端情況、建立時(shí)間、耦合誤差等問(wèn)題。同時(shí)，合理的電源旁路和PCB布局對(duì)于確保其性能至關(guān)重要。希望本文能為電子工程師在使用LTC6993進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供一些參考和幫助。你在使用LTC6993的過(guò)程中遇到過(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。