LTC6993：高精度可編程單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（即“單觸發(fā)脈沖發(fā)生器”）是一種常見(jiàn)且重要的電路，用于產(chǎn)生可編程持續(xù)時(shí)間的脈沖信號(hào)。今天要給大家介紹的LTC6993，就是這樣一款性能卓越的器件，它屬于TimerBlox?系列多功能硅定時(shí)設(shè)備，具有廣泛的應(yīng)用前景。

文件下載：LTC6993MPS6-3#TRMPBF.pdf

特性亮點(diǎn)

寬脈沖寬度范圍

LTC6993的脈沖寬度范圍為1μs至33.6秒，能滿(mǎn)足各種不同的應(yīng)用需求。無(wú)論是需要短脈沖進(jìn)行快速信號(hào)處理，還是長(zhǎng)脈沖用于定時(shí)控制，它都能輕松勝任。

低誤差高精度

脈沖寬度誤差控制出色，對(duì)于脈沖寬度大于512μs的情況，誤差小于2.3%；8μs至512μs時(shí)，誤差小于3.4%；1μs至8μs時(shí)，誤差小于4.9%。這種高精度特性確保了在對(duì)時(shí)間精度要求較高的應(yīng)用中，LTC6993能穩(wěn)定可靠地工作。

多種配置選項(xiàng)

它有四種型號(hào)可供選擇，能實(shí)現(xiàn)上升沿或下降沿觸發(fā)，并且支持可重觸發(fā)或不可重觸發(fā)模式。同時(shí)，輸出脈沖的極性也可配置為正或負(fù)，為設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的靈活性。

低功耗與快速恢復(fù)

工作在2.25V至5.5V的單電源下，在10μs脈沖寬度時(shí)，電源電流僅70μA，非常適合便攜式和電池供電設(shè)備。而且它具有快速恢復(fù)時(shí)間，能迅速響應(yīng)下一次觸發(fā)信號(hào)。

寬溫度范圍與多樣封裝

工作溫度范圍為–55°C至125°C，可適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。提供低剖面（1mm）SOT - 23（ThinSOT?）和2mm × 3mm DFN兩種封裝形式，方便不同的PCB布局需求。此外，它還通過(guò)了AEC - Q100認(rèn)證，可用于汽車(chē)應(yīng)用。

工作原理

LTC6993圍繞一個(gè)最小周期為1μs的主振蕩器構(gòu)建。通過(guò)SET引腳的電流（ISET）和電壓（VSET）來(lái)控制振蕩器，其轉(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VSET維持在1V ± 30mV，因此ISET成為控制脈沖寬度的主要因素。最簡(jiǎn)單的方法是在SET和GND之間連接一個(gè)電阻（RSET），使ISET = VSET / RSET，此時(shí)主振蕩器方程簡(jiǎn)化為： [t{MASTER }=1 mu s cdot frac{R{SET }}{50 k Omega}] 觸發(fā)信號(hào)（TRIG引腳的上升或下降沿）將輸出鎖存到激活狀態(tài)，啟動(dòng)輸出脈沖。同時(shí)，主振蕩器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到所需脈沖寬度時(shí)，主振蕩器重置輸出鎖存器。 此外，LTC6993還包含一個(gè)可編程分頻器，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NDIV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]

引腳功能

V +（引腳1/引腳5）

電源電壓輸入，范圍為2.25V至5.5V。需使用0.1μF電容直接旁路到GND引腳，以減少噪聲和紋波。

DIV（引腳2/引腳4）

可編程分頻器和極性輸入。DIV引腳電壓（VDIV）內(nèi)部轉(zhuǎn)換為4位結(jié)果（DIVCODE），可通過(guò)(V^{+})和GND之間的電阻分壓器生成。使用1%電阻確保結(jié)果準(zhǔn)確，同時(shí)要屏蔽DIV引腳和電阻，避免受到OUT引腳或其他快速邊沿信號(hào)的干擾。DIVCODE的最高位（POL）決定OUT引腳的極性。

SET（引腳3/引腳3）

脈沖寬度設(shè)置輸入。SET引腳電壓（VSET）被調(diào)節(jié)到高于GND 1V，從SET引腳流出的電流（ISET）對(duì)主振蕩器頻率進(jìn)行編程。ISET電流范圍為1.25μA至20μA，當(dāng)ISET低于約500nA時(shí)，輸出脈沖將持續(xù)，直到ISET增加。為獲得最佳性能，建議使用精度為0.5%或更高、溫度系數(shù)為50ppm/°C或更好的精密金屬或薄膜電阻。

TRIG（引腳4/引腳1）

觸發(fā)輸入。根據(jù)型號(hào)不同，TRIG引腳的上升或下降沿將啟動(dòng)輸出脈沖。LTC6993 - 1和LTC6993 - 2對(duì)上升沿敏感，LTC6993 - 3和LTC6993 - 4對(duì)下降沿敏感。LTC6993 - 2和LTC6993 - 4支持重觸發(fā)功能。

GND（引腳5/引腳2）

接地引腳，連接到低電感接地平面以獲得最佳性能。

OUT（引腳6/引腳6）

輸出引腳，輸出從GND到(V^{+})擺動(dòng)，輸出電阻約為30Ω。當(dāng)驅(qū)動(dòng)LED或其他低阻抗負(fù)載時(shí)，應(yīng)使用串聯(lián)輸出電阻將源/灌電流限制在20mA。

設(shè)計(jì)步驟

選擇POL位設(shè)置

根據(jù)需要的輸出脈沖極性，選擇POL位。當(dāng)DIVCODE ≥ 8時(shí)，POL = 1，輸出負(fù)脈沖；否則輸出正脈沖。

選擇LTC6993型號(hào)

根據(jù)TRIG輸入是上升沿還是下降沿，以及是否需要重觸發(fā)功能，從四種型號(hào)中選擇合適的器件。

選擇NDIV分頻器值

對(duì)于給定的輸出脈沖寬度tOUT，NDIV應(yīng)滿(mǎn)足： [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NDIV值，但在某些情況下，較高的NDIV值可能提供更好的精度。

計(jì)算并選擇RSET

使用公式： [R{S E T}=frac{50 k}{1 mu s} cdot frac{t{OUT }}{N_{D I V}}] 計(jì)算出RSET的值，然后選擇最接近的標(biāo)準(zhǔn)電阻值。

應(yīng)用案例

缺失脈沖檢測(cè)器

使用可重觸發(fā)的單觸發(fā)模式，并將輸出反相。只要在(t_{OUT}) = 64μs內(nèi)發(fā)生重觸發(fā)，輸出就保持低電平。

無(wú)線(xiàn)電控制伺服參考脈沖發(fā)生器

產(chǎn)生1.5ms的參考脈沖，用于無(wú)線(xiàn)電控制伺服系統(tǒng)。

脈沖延遲發(fā)生器

實(shí)現(xiàn)脈沖的延遲輸出，可用于測(cè)試設(shè)備或信號(hào)處理系統(tǒng)。

注意事項(xiàng)

ISET極端情況

當(dāng)ISET超出1.25μA至20μA的推薦范圍時(shí)，主振蕩器的精度會(huì)降低。當(dāng)ISET約為500nA時(shí)，振蕩器將停止工作。

建立時(shí)間

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

耦合誤差

SET引腳對(duì)數(shù)字信號(hào)（如TRIG輸入）的耦合比較敏感，即使良好的布局也會(huì)存在一定耦合。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信號(hào)的走線(xiàn)相鄰。

電源旁路和PCB布局

為確保性能，應(yīng)使用0.1μF陶瓷電容對(duì)電源進(jìn)行旁路，將所有無(wú)源元件放置在電路板頂層，盡量縮短RSET與SET引腳的連接距離，并使用接地走線(xiàn)屏蔽SET引腳。

總之，LTC6993是一款功能強(qiáng)大、性能出色的單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器，在眾多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，只要充分了解其特性和工作原理，并注意相關(guān)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，就能發(fā)揮出它的最佳性能。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎一起交流探討。