低噪聲，穩(wěn)定型電源技術(shù)-適合有源天線系統(tǒng)

歷史悠久的AM/FM收音機(jī)在信息娛樂(lè)控制板上仍然保有一席之地，但它與數(shù)字音頻廣播 (DAB)、數(shù)字和高清晰度電視 (HDTV)、衛(wèi)星無(wú)線電、集成蜂窩電話、CD/DVD/MP3 播放器、全球定位系統(tǒng)(GPS)導(dǎo)航及視頻游戲系統(tǒng)組合在一起。汽車(chē)信息娛樂(lè)系統(tǒng) (見(jiàn)圖1)時(shí)代的到來(lái)標(biāo)志著汽車(chē)采用簡(jiǎn)單車(chē)載收音機(jī) (如圖2中Mercedes汽車(chē)所配備的儀表板) 的日子一去不復(fù)返了。

圖1 新式的汽車(chē)儀表板

是有源天線系統(tǒng)在汽車(chē)儀表板的背后對(duì)這種信息資源提供了支持。隨著汽車(chē)信息娛樂(lè)中心復(fù)雜性的攀升，用于將音樂(lè)和數(shù)據(jù)饋入信息娛樂(lè)中心所需的有源天線數(shù)量有所增加。一部汽車(chē)平均擁有3?5個(gè)有源天線系統(tǒng)的情況比比皆是，它們用于組合型 AM、FM、DAB、HDTV、衛(wèi)星廣播、交通警示、蜂窩電話、WiMAX和GPS裝置——有時(shí)，為了改善接收質(zhì)量，每個(gè)頻段會(huì)采用多個(gè)天線。這些有源天線系統(tǒng)中的敏感電路需要具備針對(duì)嚴(yán)酷汽車(chē)環(huán)境的保護(hù)和隔離能力，以及一種用于向主機(jī)系統(tǒng)提供天線狀態(tài)和診斷反饋的方法。

圖2 老式的汽車(chē)儀表板

過(guò)去，為了滿足汽車(chē)天線系統(tǒng)中苛刻的保護(hù)要求組合以及所需的診斷功能，設(shè)計(jì)師不得不進(jìn)行復(fù)雜的電流檢測(cè)放大器、運(yùn)算放大器和分立元件及其他IC的布局。而現(xiàn)在，單片IC解決方案的出現(xiàn)使這個(gè)問(wèn)題迎刃而解。下面將以LT3050為例來(lái)具體說(shuō)明。

在滿負(fù)載條件下，LT3050可提供高達(dá)100mA的連續(xù)輸出電流和一個(gè)340mV的典型壓差電壓。該IC具有一個(gè)2～45V的寬輸入電壓范圍，并提供了低至0.6V的可調(diào)輸出電壓。單個(gè)電容器同時(shí)提供了超低噪聲操作 (在10Hz～100kHz的大帶寬范圍內(nèi)輸出噪聲僅為30μVRMS) 和基準(zhǔn)軟起動(dòng)功能，從而消除了接通期間的大浪涌電流和輸出電壓過(guò)沖。LT3050的輸出電壓容差具有很高的準(zhǔn)確度，在整個(gè)電壓、負(fù)載和溫度范圍內(nèi)達(dá)±2%。低工作靜態(tài)電流(50μA)使其能夠連續(xù)處于空閑狀態(tài)，電池電量消耗極少，停機(jī)模式中的消耗電流下降至μA級(jí)。該IC分別采用12引腳2mm×3mm DFN封裝和12引腳耐熱性能增強(qiáng)型 MSOP封裝，因而提供了緊湊的占板面積。

具保護(hù)和診斷功能的單片IC天線電源
作為許多有源天線電壓電源的起始點(diǎn)，12V汽車(chē)電池與這些系統(tǒng)所需要的低噪聲、穩(wěn)定型電源相去甚遠(yuǎn)。除了噪聲之外，這種12V“電源”還有可能遭受反向電池電壓情況或負(fù)載突降(在這些場(chǎng)合中，電壓會(huì)在–36～＋80V的范圍內(nèi)變化，甚至出現(xiàn)尖峰)的影響。LT3050在苛刻的電氣環(huán)境中對(duì)其自身和天線均實(shí)施了保護(hù)，同時(shí)提供了一個(gè)穩(wěn)定的低噪聲輸出電壓。當(dāng)天線電源內(nèi)部發(fā)生短路時(shí)，LT3050還可利用一個(gè)準(zhǔn)確和可編程的電流限值來(lái)對(duì)有源天線電源電路加以保護(hù)。汽車(chē)環(huán)境中的散熱狀況同樣具有挑戰(zhàn)性，因而要求憑借堅(jiān)固的過(guò)熱保護(hù)功能來(lái)使電源在 -40～＋125℃的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。

除了這些棘手的保護(hù)要求以外，LT3050還簡(jiǎn)化了所需的診斷信息收集以報(bào)告天線狀態(tài)?？删幊涕_(kāi)路檢測(cè)功能電路負(fù)責(zé)監(jiān)視天線電源電流，以防止其降至一個(gè)最小工作條件值以下；可編程短路檢測(cè)功能電路則用于監(jiān)視天線電源電流，以避免其超過(guò)一個(gè)規(guī)定的最大值，并通過(guò)限制電流來(lái)保護(hù)天線及其電源。此外，一個(gè)模擬電流監(jiān)視器還將產(chǎn)生一個(gè)與天線電源電流成比例的信號(hào)。這便于用作一個(gè)診斷輸入，或用于向系統(tǒng)發(fā)出指示信號(hào)，以告知所安裝的天線類(lèi)型。

一個(gè)準(zhǔn)確、穩(wěn)定和低噪聲電源中的保護(hù)功能
LT3050可產(chǎn)生一個(gè)用于有源天線系統(tǒng)的穩(wěn)定的低噪聲電源，可隔離并保護(hù)天線系統(tǒng)免受高噪聲、易變的12V汽車(chē)電源的不良影響。該IC能夠承受±50V的輸入電壓和反向電池電壓(可能產(chǎn)生自12V電源)以及至±50V的輸出反轉(zhuǎn)(見(jiàn)圖3)。

圖3 LT3050 針對(duì)負(fù)載突降情況的瞬態(tài)響應(yīng) (AC 耦合)

LT3050 能有效地將天線電源與12V電源線上的噪聲或者來(lái)自某個(gè)中間降壓型穩(wěn)壓器的噪聲隔離開(kāi)來(lái) (見(jiàn)圖4)。單個(gè)電容器提供了基準(zhǔn)軟起動(dòng)和噪聲旁路功能，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可編程啟動(dòng)時(shí)間和超低噪聲操作。

圖4 LT3050 紋波抑制

通過(guò)允許用戶設(shè)定低至最大負(fù)載之110%的電流限值而不影響正常操作期間的負(fù)載調(diào)節(jié)性能，一個(gè)精準(zhǔn)的可編程電流限值提供了額外的保護(hù)作用。此外，憑借后備式電流限制、電流限制折返，以及具遲滯的堅(jiān)固型熱停機(jī)功能的組合，當(dāng)存在來(lái)自一個(gè)50V輸入電源的輸出短路時(shí)，IC不會(huì)受損。輸出可以被拉至超出輸入50V，而流入輸入端的電流極小且不會(huì)損壞IC。

診斷功能
LT3050可向汽車(chē)的控制系統(tǒng)提供診斷信息。如果檢測(cè)到開(kāi)路或短路情況、或者IC進(jìn)入熱停機(jī)模式，則一個(gè)能夠吸收100μA電流的集電極開(kāi)路故障指示器將確定其電平。LT3050還具有一個(gè)集成電流監(jiān)視器，該電流監(jiān)視器通過(guò)IMON引腳提供約為輸出電流1/100 的電流，以在天線系統(tǒng)監(jiān)視和保護(hù)中使用（見(jiàn)圖5）。只需在IMON和GND之間連接一個(gè)電阻器，便可產(chǎn)生一個(gè)與輸出電流成比例的參考于地的電壓。

圖5 LT3050 方框圖

可編程短路檢測(cè)和電流限值在IMAX引腳上提供，而且該限值一旦設(shè)定，則其在整個(gè)電壓和溫度范圍內(nèi)的波動(dòng)幅度將小于5%。IMAX引腳是一個(gè)特別設(shè)計(jì)的電流反射鏡器件的集電極，可提供大約為輸出電流1/200的電流。該引腳同時(shí)也是精準(zhǔn)限流放大器的輸入端。在 IMAX和GND之間連接一個(gè)電阻器(RI(MAX))，用于設(shè)定短路檢測(cè)和可編程電流限制門(mén)限。限流放大器電路執(zhí)行兩項(xiàng)功能。第一項(xiàng)功能是：如果IMAX引腳電壓達(dá)到600mV，則它將確定集電極開(kāi)路/FAULT引腳邏輯電平。第二項(xiàng)功能是：它將調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動(dòng)電流以使 IMAX引腳電壓不超過(guò)600mV，從而將輸出電流限制為0.6V·200/RI(MAX)。

可編程開(kāi)路檢測(cè)門(mén)限在IMIN引腳上提供。IMIN引腳是一個(gè)特別設(shè)計(jì)的電流反射鏡器件的集電極，可提供大約為輸出電流1/200 的電流。該引腳同時(shí)也是參考于600mV內(nèi)部基準(zhǔn)的開(kāi)路檢測(cè)比較器的輸入端。在IMIN和GND之間連接一個(gè)電阻器，用于設(shè)定開(kāi)路檢測(cè)門(mén)限。如果IMIN引腳電壓降至600mV以下，則比較器將發(fā)生跳變且/FAULT引腳電平被確定。該比較器采用了少量遲滯以防止發(fā)生/FAULT引腳干擾。

圖6示出了一種典型的LT3050應(yīng)用電路配置——用作一個(gè)有源天線電源。為直觀起見(jiàn)，電流限值、開(kāi)路故障門(mén)限值、輸出電壓等是任意選擇的。在本例中，由11.3kΩ的IMIN電阻器將開(kāi)路檢測(cè)門(mén)限設(shè)定為10mA。

1.15kΩ的IMAX電阻器將短路故障門(mén)限和電流限值設(shè)定為100mA(需要采用一個(gè)10nF的IMAX電容器，以實(shí)現(xiàn)限流放大器的穩(wěn)定性)。當(dāng)輸出電流等于100mA時(shí)，3kΩ的IMON電阻器將提供一個(gè)3V全標(biāo)度信號(hào)。10nF的REF/BYP電容器實(shí)現(xiàn)5.5ms的軟起動(dòng)時(shí)間和低噪聲操作。

圖6 LT3050有源天線電源電路

結(jié)論
由于汽車(chē)信息娛樂(lè)組件變得越來(lái)越復(fù)雜，有源天線系統(tǒng)的數(shù)目也有所增加。這些有源天線系統(tǒng)中的敏感電路需要針對(duì)嚴(yán)酷汽車(chē)環(huán)境的保護(hù)與隔離功能和診斷反饋以報(bào)告天線狀態(tài)。

憑借諸如可編程電流限值、軟起動(dòng)、開(kāi)路檢測(cè)、輸出電流監(jiān)視器和集電極開(kāi)路故障信號(hào)等特點(diǎn)，LT3050有源天線電源和診斷線性穩(wěn)壓器解決了有源天線設(shè)計(jì)難題。LT3050還具有一個(gè)寬輸入電壓范圍、低靜態(tài)電流、大帶寬范圍內(nèi)的低輸出噪聲、高輸出電壓準(zhǔn)確度、低壓差電壓以及承受輸入和輸出電壓反轉(zhuǎn)的能力。