LTC1550L/LTC1551L：低噪声开关电容稳压电压逆变器的卓越之选

在电子设计的领域中，电源管理是至关重要的一环。今天我们要深入探讨的是 Linear Technology 公司推出的 LTC1550L/LTC1551L 低噪声开关电容稳压电压逆变器，它在许多应用场景中都展现出了独特的优势。

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产品特性亮点

电源与输出特性

LTC1550L/LTC1551L 能够通过单路正电源产生稳压负电压，输出纹波极低，典型值小于 (1 mV_{P - P})。其电荷泵频率高达 900kHz，这一高频特性不仅有助于避免干扰便携式射频系统常用的 400kHz - 600kHz 中频频段，还能减小所需外部电容的尺寸，仅需使用 0.1µF 的电荷泵电容。而且，整个电路仅需要四个外部电容，大大简化了设计。

输出电压与电流

该系列产品具有固定的 -4.1V、 -2.5V、 -2V 输出电压版本，同时也有可调输出电压的选项，满足不同的应用需求。在输出电流方面，根据 (V{CC}) 到 (V{OUT}) 的范围，最大可提供 20mA 的输出电流。并且，在不同的线路、负载和温度条件下，输出稳压精度能达到 2.5%，保证了输出电压的稳定性。

低功耗模式

产品具备关机模式，在该模式下，电源电流可降至小于 1µA，有效降低了功耗，延长了电池供电系统的续航时间。

封装形式

LTC1550L/LTC1551L 提供了多种封装形式，包括 8 引脚的 MSOP、8 引脚的窄体 SO 和 16 引脚的窄体 SSOP，方便工程师根据实际的 PCB 布局和空间要求进行选择。

内部结构与工作原理

整体架构

LTC1550L/LTC1551L 主要由两个主要模块组成：反相电荷泵和负线性稳压器。电荷泵利用两个外部电容 (C1) 和 (C_{CP}) 在 (CPOUT) 端产生负电压，而负线性稳压器则对输出电压进行稳压处理，确保输出的稳定性和低纹波。

电荷泵工作原理

电荷泵通过内部 900kHz 时钟的交替相位对 (C1) 进行充电和放电操作。初始时，(C1) 通过开关 (S1) 和 (S3) 充电至 (V{CC})；当时钟相位改变时，(S1) 和 (S3) 断开，(S2) 和 (S4) 闭合，将 (C1) 的正极接地，使得 (C1) 的负极电压低于地电位，电荷通过 (S4) 转移到 (C{CP}) 上。随着这个循环的不断重复，负电压的幅值逐渐接近 (V_{CC})。

线性稳压器工作原理

(CPOUT) 端的负电压作为负线性稳压器模块的输入。该模块由一个 N 沟道 MOSFET 通断器件和一个反馈放大器组成。反馈放大器会监测输出电压，并将其与内部参考电压进行比较，从而调整 MOSFET 的导通状态，使输出电压稳定在设定值。对于固定电压版本，输出电压由一对内部分压电阻设定；对于可调版本，则通过外部电阻分压器来设置输出电压。

关键参数与性能指标

绝对最大额定值

在使用 LTC1550L/LTC1551L 时，需要注意其绝对最大额定值。电源电压最大为 5.5V，总电压 (V{cc}) 最大为 10.8V，输入电压（SHDN 引脚）范围为 -0.3V 到 ((V{cc} + 0.3V))，输入电压（REG 引脚）范围为 -0.3V 到 6V，输出短路持续时间最长为 30 秒。此外，不同的温度范围也有相应的限制，如商业温度范围为 0°C 到 70°C，工业温度范围为 -40°C 到 85°C 等。

电气特性

在电气特性方面，不同版本的产品对电源电压有不同的要求，例如可调版本和固定 -2V 版本的电源电压范围为 2.7V 到 5.25V，固定 -2.5V 版本为 3.05V 到 5.25V，固定 -4.1V 版本为 4.5V 到 5.25V。内部振荡器频率典型值为 900kHz，REG 输出低电压在特定条件下最大为 0.8V，REG 灌电流在特定条件下为 4mA 到 10mA 等。

典型性能特性

通过一系列的典型性能特性曲线，我们可以更直观地了解产品的性能。例如，振荡器频率随温度的变化曲线显示了在不同温度下振荡器频率的稳定性；电源电流随温度的变化曲线反映了产品在不同温度下的功耗情况；最小所需 (V{cc}) 与 (V{out}) 和 (I_{OUT}) 的关系曲线则帮助我们确定在不同输出电压和电流要求下所需的最小电源电压。

引脚功能详解

SHDN 引脚

SHDN 引脚为关机引脚，具有 TTL 兼容性。对于 LTC1550L，该引脚为低电平有效；对于 LTC1551L，该引脚为高电平有效。当该引脚处于相应的有效电平时，芯片进入关机模式，电荷泵停止工作，输出电压降至 0V，静态电流典型值降至 0.2µA。需要注意的是，LTC1550L 的 SHDN 引脚为高阻抗输入，无内部上拉电阻，需要用户提供上拉电阻或电流源；而 LTC1551L 的 SHDN 引脚有一个典型值为 5µA 的内部下拉电阻，可使芯片默认处于正常工作模式。

(V_{CC}) 引脚

(V{CC}) 为电源引脚，需要输入 2.7V 到 5.25V 的电压。不同的输出电压和输出负载电流组合可能对输入电压有额外的要求，具体可参考电气特性表和典型性能特性曲线。为了减小输出的噪声和纹波，(V{CC}) 必须通过至少 0.1µF 的电容直接旁路到 PGND（8 引脚封装为 GND），并且建议使用 1µF 或更大的低 ESR 旁路电容，推荐使用表面贴装陶瓷电容。

(C1^{+}) 和 (C1^{-}) 引脚

(C1^{+}) 和 (C1^{-}) 是电荷泵电容的连接引脚，需要在这两个引脚之间连接一个 0.1µF 的电容。

(V_{OUT}) 引脚

(V_{OUT}) 为负电压输出引脚，必须通过一个 4.7µF 或更大的电容旁路到地，以确保稳压器环路的稳定性。为了达到规定的输出纹波，建议使用至少 10µF 的电容。输出电容应选择中等 ESR 的电容，而不是极低 ESR 的电容，因为反馈环路中由 ESR 和输出电容形成的零点可为线性稳压器反馈环路提供相位超前，使用极低 ESR 的输出电容可能会导致输出振荡。此外，建议在主输出电容上并联一个低 ESR 的 0.1µF 电容，以减小输出的高频尖峰。

CPOUT 引脚

CPOUT 为负电荷泵输出引脚，需要连接一个 0.1µF 的存储电容到地。为了使输出电压纹波小于 1mV，CPOUT 电容的接地连接必须直接连接到 (V_{CC}) 旁路电容的底部和 LTC1550L/LTC1551L 的 GND 引脚，以减小电荷泵的交流电流路径。

REG 引脚

REG 为开漏输出引脚，当输出电压在设定值的 5% 以内时，该引脚会拉低。在 5V 电源的情况下，它可以将 4mA 的电流灌入地。外部电路必须提供上拉电阻，否则 REG 无法拉高。REG 引脚的电压可以超过 (V_{CC})，并且可以上拉到高于地 6V 的电压而不会损坏芯片。对于 LTC1550L 的可调电压版本，REG 引脚仅在 16 引脚的 GN 封装中可用。

ADJ 引脚（可调版本）

ADJ 为可调版本的反馈点，需要连接一个从 GND 到 (V_{out}) 的电阻分压器，分压器的抽头连接到 ADJ 引脚。需要注意的是，电阻分压器的连接方式与负稳压器的常规连接方式相反，具体的连接细节可参考应用信息部分。

应用信息与设计要点

应用场景

LTC1550L/LTC1551L 适用于多种应用场景，如 GaAs FET 偏置发生器、负电源发生器、电池供电系统以及单电源应用等。在便携式 RF 和蜂窝电话应用中，它可以作为 GaAs 发射机 FET 的偏置电压发生器，为电路提供稳定的负电压。

可调版本的连接方式

对于可调版本的 LTC1550L/LTC1551L，输出电压通过一个从 GND 到 (V{OUT}) 的电阻分压器来设置。由于内部参考和内部反馈放大器是作为一个以 (V{OUT}) 引脚为参考的正输出稳压器设置的，而不是以地为参考的负稳压器，因此输出电阻分压器必须设置为在 ADJ 引脚相对于 (V_{OUT}) 提供 1.225V 的电压。

电容选择

电容的选择对于 LTC1550L/LTC1551L 的性能至关重要。该产品需要四个外部电容：一个输入旁路电容、两个 0.1µF 的电荷泵电容和一个输出滤波电容。输出电容的大小和 ESR 对输出纹波和噪声性能有显著影响。一般来说，较大的输出电容可以提供较低的输出纹波，为了使输出电压纹波低于 (1 mV{P - P})，需要至少 10µF 的电容与一个 0.1µF 的陶瓷电容并联。同时，为了保证环路在所有条件下的稳定性，输出端至少需要 4.7µF 的电容。输入旁路电容也会对输出纹波产生影响，建议使用 2.2µF 的表面贴装陶瓷电容，并且应尽可能靠近 LTC1550L/LTC1551L 的 (V{CC}) 和 GND 引脚安装。

典型应用电路

-4.1V 输出 GaAs FET 偏置发生器

该应用电路通过 LTC1550L - 4.1 芯片，在 4.5V 到 5.25V 的电源电压下，为 GaAs 发射机提供 -4.1V 的偏置电压。电路中使用了 2.2µF 的输入旁路电容、两个 0.1µF 的电荷泵电容和一个 10µF 的输出滤波电容，确保了输出电压的稳定性和低纹波。

(1 mV_{P - P}) 纹波、 -2V 输出 GaAs FET 偏置发生器

此电路使用 LTC1550L - 2 芯片，在 2.7V 到 5.25V 的电源电压下，提供 -2V 的输出电压，输出纹波小于 (1 mV_{P - P})。同样，电路中采用了合适的电容组合，保证了电路的性能。

相关产品对比

Linear Technology 公司还提供了一系列相关的产品，如 LT1054、LTC1261、LTC1429 等。这些产品在功能和性能上各有特点，例如 LT1054 是一款带稳压器的开关电容电压转换器，最大输出电流可达 100mA；LTC1261 是一款开关电容稳压电压逆变器，具有可选的固定输出电压；LTC1429 是一款时钟同步开关电容电压逆变器，可与高达 2MHz 的系统时钟同步。工程师在选择产品时，需要根据具体的应用需求和性能要求进行综合考虑。

总的来说，LTC1550L/LTC1551L 以其低噪声、高频率、小尺寸和多种输出电压选项等特点，在电源管理领域具有很大的优势。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计要求，合理选择电容、设置输出电压，并注意引脚的连接方式，以充分发挥该产品的性能。大家在使用过程中是否也遇到过一些有趣的问题或者有独特的设计思路呢？欢迎在评论区分享交流。