深入解析 LTC2923：電源跟蹤與排序的理想解決方案

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

文件下載：LTC2923.pdf

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，可實現(xiàn)電源的上下跟蹤和排序，且不會影響電源的穩(wěn)定性。該芯片能夠控制兩個無需串聯(lián) FET 的電源，還能通過串聯(lián) FET 控制第三個電源，同時具備可調(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，適用于多種應用場景，如 VCORE 和 (V_{1 / 0}) 電源跟蹤、微處理器、DSP 和 FPGA 電源以及服務器和通信系統(tǒng)等。

二、關鍵特性

1. 靈活的電源跟蹤與排序：通過選擇幾個電阻，就可以配置電源的斜坡上升和下降方式，實現(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。
2. 不影響電源穩(wěn)定性：通過向兩個獨立開關穩(wěn)壓器的反饋節(jié)點引入電流，使輸出跟蹤，且不插入任何通態(tài)元件損耗。采用開環(huán)方式控制電流，不影響電源的瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性，電源啟動完成后呈現(xiàn)高阻抗，有效從 DC/DC 電路中移除。
3. 可控制多個電源：能控制兩個“從”電源跟蹤一個“主”信號，還可通過串聯(lián) FET 控制第三個電源。
4. 可調(diào)斜坡速率：通過外部電容和內(nèi)部 10μA 電流源可設置電源的斜坡速率。
5. 電子斷路器保護：在短路情況下，電子斷路器可快速響應，保護電路安全。

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 的關系曲線，ICC 與 VCC 的關系曲線等。這些曲線有助于我們在設計電路時，根據(jù)實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。當電源低于 2.5V 時，欠壓鎖定電路會重置芯片。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 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，其提供的電流會鏡像到 FBx 引腳。在短路情況下，TRACKx 引腳可提供高達 30mA 的電流，因此應避免長時間將其連接到 GND，且每個 TRACKx 引腳的電容應限制在 25pF 以下。

（四）RAMPBUF（引腳 5）

斜坡緩沖輸出引腳，提供 RAMP 引腳信號的低阻抗緩沖版本，用于驅(qū)動連接到 TRACKx 引腳的電阻分壓器。RAMPBUF 引腳的電容應限制在 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，通過將 TRACKx 引腳的電流鏡像到 FBx 引腳，實現(xiàn)從電源的跟蹤。為防止損壞從電源，F(xiàn)Bx 引腳不會將從電源的反饋節(jié)點電壓拉高至 1.7V 以上，且即使 LTC2923 未供電，也不會主動從該節(jié)點吸收電流。

（七）GATE（引腳 9/引腳 11）

外部 N 溝道 FET 的柵極驅(qū)動引腳。當 ON 引腳為高電平時，內(nèi)部 10μA 電流源對外部 N 溝道 MOSFET 的柵極充電；當 ON 引腳為低電平時，GATE 引腳以 10μA 電流下拉。在短路情況下，電子斷路器會以 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。當連接到外部 N 溝道 FET 的源極時，從電源會跟蹤 FET 源極的斜坡變化。當沒有外部 FET 時，可將 RAMP 引腳直接連接到 GATE 引腳。

（九）SDO（引腳 9，僅 DE 封裝）

從電源關斷輸出引腳，為開漏輸出，可用于控制從電源的關斷或 RUN/SS 引腳。

（十）STATUS（引腳 10，僅 DE 封裝）

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

五、應用信息與設計步驟

（一）電源跟蹤與排序類型

LTC2923 可實現(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。不同的應用場景對電源的啟動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）設計步驟

1. 設置主信號的斜坡速率：根據(jù)主電源的期望斜坡速率 (S{M}) ，計算 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，則應減小外部電容的值。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：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}) 可能導致 (R_{TA}') 為負值。
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}}) 計算 (R{TA}'') ，最后通過 (R{TA}=R{TA}' | R{TA}'') 計算 (R_{TA}) 。

（三）實際應用示例

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等多個實際應用示例，通過詳細的計算和電路原理圖，展示了如何根據(jù)不同的需求設計電路。這些示例為我們在實際設計中提供了寶貴的參考。

六、注意事項

（一）最終合理性檢查

在設計完成后，需要進行最終的合理性檢查，以確保設計的可行性。例如，檢查從電源是否能在主信號達到最終電壓之前完成斜坡上升，TRACKx 引腳的電流是否不超過 1mA，RAMPBUF 引腳的電流是否不超過 ±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型的電源。對于升壓穩(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，LTC2923 的跟蹤單元可能無法有效驅(qū)動輸出；線性穩(wěn)壓器可能存在一些特殊的電路設計，導致跟蹤單元無法正常工作，因此建議進行實驗室測試。

（三）負載要求

當電源快速斜坡下降時，負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受到負載和輸出電容的 RC 時間常數(shù)的限制。

（四）啟動延遲

電源在施加輸入電源后可能不會立即啟動，如果 LTC2923 試圖在輸入電源存在時立即啟動這些電源，可能會導致輸出啟動延遲，從而影響跟蹤電路的正常工作?？梢酝ㄟ^減小從電源的軟啟動電容或在 ON 引腳的電阻分壓器中加入電容來延遲斜坡上升。

（五）布局考慮

在 PCB 布局時，應將 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 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)點附近串聯(lián)一個電阻，但該電阻的值不應超過 (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

LTC2923 是一款功能強大、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簡單而有效的解決方案，能夠滿足多種電源管理需求。通過深入了解其特性、引腳功能、應用信息和注意事項，我們可以更好地利用這款芯片，設計出性能穩(wěn)定、可靠的電源系統(tǒng)。在實際應用中，還需要根據(jù)具體的設計要求進行合理的參數(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，遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。