深入解析 LTC1928 - 5：低噪聲電荷泵穩(wěn)壓器的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，為噪聲敏感型器件提供穩(wěn)定、低噪聲的電源是一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。LTC1928 - 5 作為一款具有內(nèi)部低噪聲、低壓差（LDO）線性穩(wěn)壓器的倍壓電荷泵，為解決這一問題提供了出色的解決方案。本文將深入探討 LTC1928 - 5 的特性、應(yīng)用、工作原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、LTC1928 - 5 的特性亮點(diǎn)

低噪聲輸出

LTC1928 - 5 在 100kHz 帶寬下的輸出噪聲低至 (90 mu V_{RMS})，這一特性使其非常適合為對噪聲敏感的設(shè)備供電，如無線應(yīng)用中的高頻壓控振蕩器（VCO）。

寬輸入電壓范圍

其輸入電壓范圍為 2.7V 至 4.4V，能夠適應(yīng)多種電源環(huán)境，增加了應(yīng)用的靈活性。

無需電感

采用開關(guān)電容電荷泵設(shè)計(jì)，無需使用電感，僅需小型陶瓷電容即可工作，有效減少了 PCB 面積和成本。

高輸出電流能力

能夠提供高達(dá) 30mA 的輸出電流，滿足大多數(shù)低功耗設(shè)備的供電需求。

低功耗

在工作狀態(tài)下，工作電流僅為 190μA，關(guān)機(jī)狀態(tài)下電流低至 4μA，有助于延長電池供電設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。

保護(hù)功能完善

具備內(nèi)部熱關(guān)斷和電流限制功能，可有效防止芯片因過熱或過流而損壞，提高了系統(tǒng)的可靠性。

小尺寸封裝

采用 1mm 薄型 ThinSOT? 封裝，適合對空間要求較高的便攜式應(yīng)用。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

LTC1928 - 5 的優(yōu)異特性使其在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，包括但不限于：

• 無線通信設(shè)備：如手機(jī)的 VCO 電源、雙向?qū)ず魴C(jī)、無線 PCMCIA 卡等。
• 醫(yī)療儀器：便攜式醫(yī)療儀器對電源的穩(wěn)定性和低噪聲要求較高，LTC1928 - 5 能夠滿足這些需求。
• 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：在低功耗數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中，可提供穩(wěn)定的電源。
• 遠(yuǎn)程發(fā)射器：為遠(yuǎn)程發(fā)射器提供可靠的電源支持。
• LED 驅(qū)動(dòng)：可用于白色 LED 驅(qū)動(dòng)和 GaAs 開關(guān)等。

三、工作原理剖析

LTC1928 - 5 的核心是一個(gè)開關(guān)電容電荷泵，通過該電荷泵將輸入電壓 (V{IN})（2.7V 至 4.4V）轉(zhuǎn)換為約 2(V{IN}) 的 CPO 電壓。CPO 電壓為內(nèi)部低壓差線性穩(wěn)壓器供電，從而在 (V_{OUT}) 端提供穩(wěn)定的 5V 輸出。

內(nèi)部比較器用于檢測 CPO 和 (V_{IN}) 電壓，以進(jìn)行上電條件判斷。通過檢測輸出電流來確定電荷泵的工作模式。內(nèi)部經(jīng)過微調(diào)的帶隙基準(zhǔn)作為電壓參考，微調(diào)后的振蕩器控制電荷泵開關(guān)。

電荷泵采用倍壓配置，使用一個(gè)外部飛跨電容。啟動(dòng)時(shí)，LDO 被禁用，負(fù)載與 CPO 斷開。當(dāng) CPO 達(dá)到 1.75(V{IN}) 時(shí)，LDO 啟用；若 CPO 低于 1.45(V{IN})，LDO 將被禁用。通常情況下，電荷泵以連續(xù)時(shí)鐘的開環(huán)模式運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)低噪聲。當(dāng) CPO 大于 1.95(V{IN}) 且輸出電流 (I{OUT}) 小于 200μA 時(shí)，電荷泵將進(jìn)入突發(fā)模式（Burst Mode）以提高效率，但會(huì)產(chǎn)生稍高的輸出噪聲。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

最大輸出電流計(jì)算

最大可用輸出電流可根據(jù)開路 CPO 電壓、LDO 的壓差和電荷泵的有效輸出電阻計(jì)算得出。例如，當(dāng) (V{IN}=3V)，(V{OUT}=5V)，(R{CPO}=30 Omega) 時(shí)，最大輸出電流為 30mA。同時(shí)，需確保 (V{CPO}) 大于 1.45(V_{IN})，以保證 LDO 正常工作。

外部 CPO 負(fù)載

CPO 輸出可驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，但會(huì)減少 (V{OUT}) 端的可用電流。若外部負(fù)載需要 1mA 電流，(V{OUT}) 端的可用電流將相應(yīng)減少 1mA。

短路和熱保護(hù)

(V_{OUT}) 可無限期短路到地，內(nèi)部電路會(huì)限制輸出電流。當(dāng)結(jié)溫超過 150°C 時(shí)，芯片將自動(dòng)關(guān)機(jī)；當(dāng)結(jié)溫降至 140°C 以下時(shí)，芯片將重新啟用。

電容選擇

為了獲得最佳性能，建議使用低 ESR 陶瓷電容以減少噪聲和紋波。(C{OUT}) 必須大于等于 2μF，(C{CPO}) 應(yīng)等于或大于 (C{OUT})，(C{IN}) 應(yīng)大于等于 2μF。飛跨電容 (C_{FLY}) 推薦使用 0.47μF 的低 ESR 陶瓷電容。

關(guān)機(jī)功能

當(dāng) (CN / overline{SHDN}=0V) 時(shí)，芯片進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)，電源電流小于 8μA，(V_{OUT}) 通過 160Ω 開關(guān)短路到地。關(guān)機(jī)通過內(nèi)部對 CN/SHDN 引腳進(jìn)行低電壓采樣實(shí)現(xiàn)，采樣時(shí)間間隔約為 30μs。

熱考慮

芯片的功率處理能力受最大額定結(jié)溫（125°C）限制。為了優(yōu)化散熱性能，可將 GND 引腳連接到 PCB 上的大面積銅區(qū)作為散熱片，并確保芯片周圍有一定的氣流。

布局考慮

由于芯片的開關(guān)頻率高、瞬態(tài)電流大，因此需要精心設(shè)計(jì) PCB 布局。使用接地層和短連接的電容可以改善噪聲性能并確保正常穩(wěn)壓。

五、總結(jié)

LTC1928 - 5 以其低噪聲、寬輸入電壓范圍、高輸出電流能力和完善的保護(hù)功能，成為為噪聲敏感型設(shè)備供電的理想選擇。在設(shè)計(jì)過程中，合理選擇電容、考慮熱管理和 PCB 布局等因素，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，為電子設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的電源解決方案。你在使用 LTC1928 - 5 或類似芯片時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。