LTC6995-1/LTC6995-2：長時(shí)定時(shí)器與低頻振蕩器的理想選擇

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，長時(shí)定時(shí)器和低頻振蕩器的需求日益增長。尤其是在一些對定時(shí)精度和穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用場景中，一款性能出色的芯片顯得尤為重要。今天，我們就來深入了解一下 Linear Technology 公司推出的 LTC6995-1/LTC6995-2 TimerBlox 系列產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品特性

1. 寬周期范圍

LTC6995-1/LTC6995-2 的周期范圍從 1ms 到 9.5 小時(shí)，這使得它能夠滿足各種不同的定時(shí)需求。無論是短時(shí)間的脈沖控制，還是長時(shí)間的定時(shí)任務(wù)，都能輕松應(yīng)對。

2. 復(fù)位功能

支持通過上電或復(fù)位輸入進(jìn)行定時(shí)復(fù)位，為系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提供了保障。在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，可以及時(shí)復(fù)位定時(shí)器，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3. 電阻配置

僅需 1 到 3 個(gè)電阻即可完成配置，簡單方便。同時(shí)，最大頻率誤差小于 1.5%，保證了較高的定時(shí)精度。

4. 可編程輸出極性

用戶可以根據(jù)實(shí)際需求選擇輸出極性，增加了產(chǎn)品的靈活性。

5. 電源特性

支持 2.25V 到 5.5V 的單電源供電，供電電流在 55μA 到 80μA 之間（2ms 到 9.5hr 時(shí)鐘周期），具有較低的功耗。啟動(dòng)時(shí)間僅為 500μs，能夠快速響應(yīng)系統(tǒng)需求。

6. 輸出驅(qū)動(dòng)能力

CMOS 輸出驅(qū)動(dòng)器能夠源/吸收 20mA 的電流，可直接驅(qū)動(dòng)一些負(fù)載，簡化了電路設(shè)計(jì)。

7. 工作溫度范圍

工作溫度范圍為 -55°C 到 125°C，適用于各種惡劣環(huán)境。

8. 封裝形式

提供低剖面（1mm）SOT - 23（ThinSOT?）和 2mm × 3mm DFN 封裝，方便不同的 PCB 布局需求。

9. 汽車級認(rèn)證

經(jīng)過 AEC - Q100 認(rèn)證，可用于汽車應(yīng)用，滿足汽車電子對可靠性和穩(wěn)定性的嚴(yán)格要求。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 上電復(fù)位定時(shí)器

在系統(tǒng)上電時(shí)，為系統(tǒng)提供一定時(shí)間的復(fù)位信號，確保系統(tǒng)正常啟動(dòng)。

2. 長時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

用于產(chǎn)生長時(shí)間的單脈沖信號，例如在一些需要定時(shí)觸發(fā)的設(shè)備中。

3. “心跳”定時(shí)器

定期產(chǎn)生信號，用于監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，確保系統(tǒng)正常工作。

4. 看門狗定時(shí)器

監(jiān)測系統(tǒng)軟件的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)軟件出現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)觸發(fā)復(fù)位信號，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5. 周期性“喚醒”呼叫

在低功耗系統(tǒng)中，定期喚醒系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或通信，降低系統(tǒng)功耗。

6. 高振動(dòng)、高加速度環(huán)境

由于其寬溫度范圍和穩(wěn)定的性能，適用于一些高振動(dòng)、高加速度的惡劣環(huán)境。

三、工作原理

1. 主振蕩器

LTC6995 圍繞一個(gè)最大頻率為 1MHz 的主振蕩器構(gòu)建。主振蕩器的頻率由 SET 引腳的電流（ISET）和電壓（VSET）控制，轉(zhuǎn)換系數(shù)為 1MHz ? 50kΩ，在典型條件下精度可達(dá) ±0.8%。 主振蕩器頻率公式為：(f{MASTER }=frac{1}{t{MASTER }}=1 MHz cdot 50 k Omega cdot frac{I{SET }}{V{SET }}) 通過一個(gè)反饋回路將 VSET 維持在 1V ±30mV，因此 ISET 成為控制輸出頻率的主要手段。最簡單的方法是在 SET 和 GND 之間連接一個(gè)電阻 (R{SET})，使得 (I{SET}=V{SET} / R{SET})，此時(shí)主振蕩器方程簡化為：(f{MASTER }=frac{1}{t{MASTER }}=frac{1 MHz cdot 50 k Omega}{R_{SET}})

2. 分頻器

振蕩器頻率在到達(dá) OUT 引腳之前，先經(jīng)過一個(gè)固定的 ÷1024 分頻器。此外，還包括一個(gè)可編程頻率分頻器，可將頻率進(jìn)一步除以 1、8、64、512、4096、(2^{15})、(2^{18}) 或 (2^{21})。分頻比 (N{DIV }) 由連接到 DIV 引腳的電阻分壓器設(shè)置。 輸出頻率公式為：(f{OUT }=frac{1 MHz cdot 50 k Omega}{1024 cdot N{DIV }} cdot frac{I{SET }}{V{SET }}) 輸出周期公式為：(t{OUT }=frac{N{DIV } cdot R{SET}}{50 k Omega} cdot 1.024 ms)

3. DIVCODE

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 主要用于設(shè)置兩個(gè)參數(shù)：

• 輸出頻率分頻器設(shè)置 (N_{DIV })。
• 通過 POL 位確定 RST 和 OUT 引腳的極性。 (V{DIV }) 可以通過 (V^{+}) 和 GND 之間的電阻分壓器產(chǎn)生。在選擇電阻時(shí)，需要確保 (V{DIV } / V^{+}) 比例準(zhǔn)確到 ±1.5%（包括電阻公差和溫度影響），并且驅(qū)動(dòng)阻抗（R1||R2）不超過 500kΩ。

  4. 復(fù)位和極性位功能

  復(fù)位輸入（LTC6995 - 1 的 RST 和 LTC6995 - 2 的 (overline{RST})）用于將輸出強(qiáng)制到固定狀態(tài)，并復(fù)位內(nèi)部時(shí)鐘分頻器。輸出在復(fù)位時(shí)的狀態(tài)由通過 DIVCODE 設(shè)置的極性位決定。 當(dāng) POL 位設(shè)置為 0 時(shí)，復(fù)位時(shí)輸出將被強(qiáng)制為低電平；當(dāng) POL 位設(shè)置為 1 時(shí)，復(fù)位時(shí)輸出將被強(qiáng)制為高電平。

四、設(shè)計(jì)步驟

1. 選擇 LTC6995 版本和 POL 位設(shè)置

根據(jù)應(yīng)用需求確定是選擇 LTC6995 - 1（高電平有效復(fù)位）還是 LTC6995 - 2（低電平有效復(fù)位）。同時(shí)，根據(jù)需要設(shè)置 POL 位，以確定復(fù)位時(shí) OUT 引腳的狀態(tài)。

2. 選擇 (N_{DIV}) 頻率分頻器值

根據(jù)所需的輸出時(shí)鐘周期 (t{OUT })，選擇合適的 (N{DIV }) 值，使其滿足 (frac{t{OUT }}{16.384 ms} leq N{DIV } leq frac{t{OUT }}{1.024 ms})。為了最小化電源電流，通常選擇最低的 (N{DIV }) 值。

3. 計(jì)算并選擇 (R_{SET})

根據(jù)公式 (R{SET }=frac{50 k}{1.024 ms} 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。

五、典型應(yīng)用電路

1. 上電復(fù)位定時(shí)器

當(dāng)電源施加到 LTC6995 時(shí)，輸出在 tSTART 期間保持低電平，然后隨著時(shí)鐘周期的開始呈現(xiàn) POL 位的值。如果 (POL = 0)（DIVCODE < 8），假設(shè) RST 引腳處于非激活狀態(tài)，輸出將在 tSTART + 1/2 tOUT 的可編程間隔內(nèi)保持低電平，可用于系統(tǒng)的上電復(fù)位。

2. 長時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和延遲發(fā)生器

通過驅(qū)動(dòng)復(fù)位輸入，可以創(chuàng)建邊緣觸發(fā)的定時(shí)事件，這些事件為低電平有效，并且可以重新觸發(fā)或在一個(gè)編程間隔后停止。編程時(shí)間間隔可以通過改變電阻值在 500μs 到 4 小時(shí)以上的范圍內(nèi)變化。

3. 看門狗定時(shí)器

使用與長時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器相同的電路，通過周期性地脈沖復(fù)位輸入，可以創(chuàng)建一個(gè)有效的看門狗定時(shí)器。如果系統(tǒng)在每個(gè)定時(shí)間隔內(nèi)未提供看門狗脈沖，輸出將變?yōu)楦唠娖?，指示系統(tǒng)軟件可能陷入無限循環(huán)。

4. 門控振蕩器

復(fù)位輸入（RST）清除所有內(nèi)部分頻器，當(dāng)釋放時(shí)，輸出將以完整的編程周期開始時(shí)鐘。這個(gè)邊緣可以用于在已知的時(shí)鐘起始點(diǎn)對輸出進(jìn)行門控，確保時(shí)鐘周期的準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。

5. 自復(fù)位電路

RST 引腳具有遲滯特性，允許在 RST 輸入處使用 RC 時(shí)間常數(shù)來產(chǎn)生幾乎與電源電壓無關(guān)的延遲。通過這種技術(shù)，可以使 LTC6995 輸出自我復(fù)位，在每個(gè)周期產(chǎn)生一個(gè)可控的脈沖。

6. 電壓控制頻率

通過添加一個(gè)額外的電阻，可以通過外部電壓控制 LTC6995 的輸出頻率。電壓 (V{CTRL}) 通過 (R{VCO}) 源/吸收電流，從而改變 ISET 電流，進(jìn)而調(diào)制輸出頻率。

六、PCB 布局和電源旁路

1. 電源旁路

將旁路電容 C1 直接連接到 (V^{+}) 和 GND 引腳，使用低電感路徑。對于 DFN 封裝，C1 到 GND 的連接可以在頂層完成；對于 TSOT - 23 封裝，OUT 可以通過 C1 焊盤布線，以實(shí)現(xiàn)良好的 C1 GND 連接。推薦使用 0.1μF 的陶瓷電容。

2. 元件布局

將所有無源元件放置在電路板的頂層，以最小化走線電感。將 (R_{SET}) 盡可能靠近 SET 引腳，并直接、短連接。使用接地走線屏蔽 SET 引腳，以防止輻射信號的干擾。將 R1 和 R2 靠近 DIV 引腳放置，以減少外部信號耦合。

七、總結(jié)

LTC6995 - 1/LTC6995 - 2 TimerBlox 系列產(chǎn)品以其寬周期范圍、高精度、低功耗和靈活的配置方式，為電子工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的長時(shí)定時(shí)器和低頻振蕩器解決方案。無論是在汽車電子、工業(yè)控制還是消費(fèi)電子等領(lǐng)域，都具有廣泛的應(yīng)用前景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師們可以根據(jù)具體需求，合理選擇配置參數(shù)和應(yīng)用電路，充分發(fā)揮該產(chǎn)品的性能優(yōu)勢。

大家在使用 LTC6995 - 1/LTC6995 - 2 過程中遇到過哪些問題呢？或者對于這類定時(shí)器芯片，你還有哪些想了解的方面？歡迎在評論區(qū)留言交流。