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

作為電子工程師，我們經(jīng)常在電路設(shè)計(jì)中遇到需要精確控制脈沖寬度的場(chǎng)景。今天，就來(lái)深入探討一下 Linear Technology 公司推出的 LTC6993 系列單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器（One Shot），它能提供從 1μs 到 33.6 秒的廣泛可編程脈沖寬度，可滿足各種不同的應(yīng)用需求。

文件下載：LTC6993HS6-3#TRPBF.pdf

產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

精確的脈沖寬度控制

LTC6993 系列的脈沖寬度范圍跨度極大，從 1μs 到 33.6 秒都能輕松實(shí)現(xiàn)。而且，其脈沖寬度誤差控制得相當(dāng)出色：對(duì)于脈沖寬度大于 512μs 的情況，誤差小于 2.3%；對(duì)于 8μs 到 512μs 的脈沖寬度，誤差小于 3.4%；對(duì)于 1μs 到 8μs 的脈沖寬度，誤差小于 4.9%。這種高精度的控制能力使得它在對(duì)脈沖寬度要求嚴(yán)格的應(yīng)用中表現(xiàn)卓越。

靈活的配置方式

我們可以通過(guò) 1 到 3 個(gè)電阻對(duì)其進(jìn)行配置，從而方便地設(shè)置所需的脈沖寬度。同時(shí)，該系列提供了四種不同的版本（LTC6993 - 1、LTC6993 - 2、LTC6993 - 3 和 LTC6993 - 4），支持上升沿或下降沿觸發(fā)，并且具有可重觸發(fā)或不可重觸發(fā)的特性。此外，還能配置為正輸出脈沖或負(fù)輸出脈沖，為電路設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。

低功耗與寬電壓范圍

它采用 2.25V 到 5.5V 的單電源供電，在 10μs 脈沖寬度時(shí)，電源電流僅為 70μA，非常適合用于便攜式和電池供電設(shè)備。其啟動(dòng)時(shí)間僅為 500μs，能快速進(jìn)入工作狀態(tài)。同時(shí)，CMOS 輸出驅(qū)動(dòng)器可源/灌 20mA 電流，具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。

寬廣的工作溫度范圍與多樣封裝形式

LTC6993 系列的工作溫度范圍為 -55°C 到 125°C，適用于各種惡劣的工作環(huán)境。它提供了低外形（1mm）的 SOT - 23（ThinSOT?）和 2mm × 3mm 的 DFN 兩種封裝形式，方便我們根據(jù)不同的 PCB 布局需求進(jìn)行選擇。此外，該系列還通過(guò)了 AEC - Q100 認(rèn)證，可用于汽車應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)原理剖析

脈沖寬度的設(shè)定

LTC6993 圍繞一個(gè)主振蕩器構(gòu)建，其最小周期為 1μs。主振蕩器由 SET 引腳的電流（ISET）和電壓（VSET）控制，轉(zhuǎn)換因子為 1μs/50kΩ，在典型條件下精度可達(dá) ±1.7%。通過(guò)在 SET 和 GND 引腳之間連接一個(gè)電阻（RSET），可以簡(jiǎn)單地設(shè)置脈沖寬度。主振蕩器的周期公式為： [t{MASTER }=1 mu s cdot frac{R{SET }}{50 k Omega}] 輸出脈沖寬度則由主振蕩器和內(nèi)部時(shí)鐘分頻器（NDiv）共同決定，NDiv 可編程為 1 到 (2^{21}) 的八個(gè)設(shè)置。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}]

DIVCODE 的作用

DIV 引腳連接到一個(gè)內(nèi)部的、以 (V^{+}) 為參考的 4 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，用于確定 DIVCODE 值。DIVCODE 主要有兩個(gè)作用：一是決定頻率分頻器的設(shè)置 (N{DIV })；二是通過(guò) POL 位決定 OUT 引腳的極性。我們可以通過(guò)在 (V^{+}) 和 GND 之間連接一個(gè)電阻分壓器來(lái)生成 (V{DIV })，從而設(shè)置 DIVCODE。

應(yīng)用領(lǐng)域多樣

看門狗定時(shí)器

在很多系統(tǒng)中，看門狗定時(shí)器用于監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。LTC6993 可以根據(jù)系統(tǒng)的需求精確設(shè)置脈沖寬度，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或程序跑飛時(shí)，看門狗定時(shí)器能夠及時(shí)發(fā)出復(fù)位信號(hào)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

頻率鑒別器

通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)的頻率進(jìn)行分析和鑒別，LTC6993 可以作為頻率鑒別器使用。它能夠根據(jù)不同的頻率產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)頻率的檢測(cè)和判斷。

缺失脈沖檢測(cè)

在一些通信或控制系統(tǒng)中，需要檢測(cè)信號(hào)是否存在缺失脈沖的情況。LTC6993 的可重觸發(fā)特性使得它能夠很好地勝任這一任務(wù)，當(dāng)檢測(cè)到缺失脈沖時(shí)，輸出相應(yīng)的信號(hào)。

設(shè)計(jì)實(shí)例分享

假設(shè)我們要設(shè)計(jì)一個(gè) 100μs 負(fù)脈沖發(fā)生器，并且要求上升沿觸發(fā)、可重觸發(fā)輸入和最小功耗。具體設(shè)計(jì)步驟如下：

步驟 1：設(shè)置 POL 位

對(duì)于負(fù)輸出脈沖，我們選擇 (POL =1)。

步驟 2：選擇 LTC6993 版本

根據(jù)上升沿可重觸發(fā)輸入的要求，我們選擇 LTC6993 - 2。

步驟 3：選擇 (N_{DIV }) 頻率分頻器值

根據(jù)公式 (frac{t{OUT }}{16 mu s} leq N{DIV } leq frac{t{OUT }}{1 mu s})，當(dāng) (t{OUT }=100 mu s) 時(shí)，(N{DIV }) 的取值范圍為 (6.25 leq N{DIV} leq 100)。為了最小化電源電流，我們選擇 (N_{DIV }=8)，此時(shí) (DIVCODE =14)。根據(jù)表 1，我們選擇 (R1 = 102k) 和 (R2 = 976k) 來(lái)設(shè)置 (DIVCODE)。

步驟 4：計(jì)算并選擇 (R_{SET })

根據(jù)公式 (R{SET}=frac{50 k}{1 mu s} cdot frac{t{OUT }}{N{DIV}})，計(jì)算得到 (R{SET}=625k)。由于 625k 不是標(biāo)準(zhǔn)的 1% 電阻值，我們可以選擇 619k 作為替代，如果對(duì) (t_{OUT}) 偏移 -0.97% 可以接受的話；否則，可以選擇 309k 和 316k 的并聯(lián)或串聯(lián)組合來(lái)獲得更精確的電阻值。

注意事項(xiàng)總結(jié)

ISET 電流范圍

在使用過(guò)程中，要確保 ISET 電流在 1.25μA 到 20μA 的推薦范圍內(nèi)，否則主振蕩器的精度會(huì)受到影響。當(dāng) (I{SET}<1.25 mu A) 時(shí)，振蕩器精度會(huì)降低，當(dāng) (I{SET}) 約為 500nA 時(shí)，振蕩器會(huì)停止工作。

布局布線

為了避免耦合誤差，PCB 布局時(shí)應(yīng)避免將 SET 引腳與 TRIG 引腳（或其他快速邊沿、大擺幅信號(hào)）相鄰布線。同時(shí)，要保證電源旁路電容 C1 與 (V^{+}) 和 GND 引腳直接連接，且使用低電感路徑。所有無(wú)源元件應(yīng)放置在電路板的頂層，以最小化走線電感。

總之，LTC6993 系列單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器以其豐富的特性、精確的控制能力和廣泛的應(yīng)用范圍，成為電子工程師在脈沖寬度控制設(shè)計(jì)中的得力助手。大家在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)具體需求靈活選擇和配置，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。你在使用類似脈沖發(fā)生器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。