深入解析 LTC2923：电源跟踪与排序的理想解决方案

在电子设备的设计中，电源的跟踪和排序至关重要，它直接影响着设备的性能和稳定性。LTC2923 作为一款强大的电源跟踪控制器，为我们提供了简单而有效的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款芯片。

文件下载：LTC2923.pdf

一、LTC2923 概述

LTC2923 是 Linear Technology 公司推出的一款电源跟踪与排序控制器，它具有灵活的电源跟踪功能，可实现电源的上下跟踪和排序，且不会影响电源的稳定性。该芯片能够控制两个无需串联 FET 的电源，还能通过串联 FET 控制第三个电源，同时具备可调的斜坡速率和电子断路器功能。它有 10 引脚 MS 和 12 引脚（4mm × 3mm）DFN 两种封装形式，适用于多种应用场景，如 VCORE 和 (V_{1 / 0}) 电源跟踪、微处理器、DSP 和 FPGA 电源以及服务器和通信系统等。

二、关键特性

1. 灵活的电源跟踪与排序：通过选择几个电阻，就可以配置电源的斜坡上升和下降方式，实现电源的同步跟踪、带电压偏移跟踪、比例跟踪或按顺序启动。
2. 不影响电源稳定性：通过向两个独立开关稳压器的反馈节点引入电流，使输出跟踪，且不插入任何通态元件损耗。采用开环方式控制电流，不影响电源的瞬态响应和稳定性，电源启动完成后呈现高阻抗，有效从 DC/DC 电路中移除。
3. 可控制多个电源：能控制两个“从”电源跟踪一个“主”信号，还可通过串联 FET 控制第三个电源。
4. 可调斜坡速率：通过外部电容和内部 10µA 电流源可设置电源的斜坡速率。
5. 电子断路器保护：在短路情况下，电子断路器可快速响应，保护电路安全。

三、电气特性与性能

（一）电气特性

LTC2923 的电气特性在不同条件下有明确的参数范围。例如，输入电源范围为 2.9V 至 5.5V，输入电源欠压锁定在 2.2V 至 2.7V 之间，ON 引脚阈值电压为 1.212V 至 1.248V 等。这些参数确保了芯片在不同工作环境下的稳定性和可靠性。

（二）典型性能特性

从典型性能特性曲线中，我们可以看到芯片在不同电压、温度和电流条件下的性能表现。例如，VGATE 与 VCC、IGATE 与 VCC 的关系曲线，ICC 与 VCC 的关系曲线等。这些曲线有助于我们在设计电路时，根据实际需求选择合适的参数，确保电源系统的性能最优。

四、引脚功能详解

（一）(V_{CC})（引脚 1）

正电源输入引脚，工作电源输入范围为 2.9V 至 5.5V。当电源低于 2.5V 时，欠压锁定电路会重置芯片。建议使用 0.1µF 电容将 (V_{CC}) 旁路到 GND，以减少电源噪声。

（二）ON（引脚 2）

控制输入引脚，阈值为 1.23V，具有 75mV 的迟滞。高电平使 10µA 电流从 GATE 引脚流出，电源斜坡上升；低电平使 10µA 电流从 GATE 引脚流入，电源斜坡下降。将 ON 引脚拉至 0.4V 以下可重置电子断路器。

（三）TRACK1、TRACK2（引脚 3、4）

跟踪控制输入引脚，通过 RAMPBUF 和 TRACKx 之间的电阻分压器确定从电源的跟踪曲线。TRACKx 可上拉至 0.8V，其提供的电流会镜像到 FBx 引脚。在短路情况下，TRACKx 引脚可提供高达 30mA 的电流，因此应避免长时间将其连接到 GND，且每个 TRACKx 引脚的电容应限制在 25pF 以下。

（四）RAMPBUF（引脚 5）

斜坡缓冲输出引脚，提供 RAMP 引脚信号的低阻抗缓冲版本，用于驱动连接到 TRACKx 引脚的电阻分压器。RAMPBUF 引脚的电容应限制在 100pF 以下。

（五）GND（引脚 6）

电路接地引脚。

（六）FB1、FB2（引脚 8、7）

反馈控制输出引脚，通过将 TRACKx 引脚的电流镜像到 FBx 引脚，实现从电源的跟踪。为防止损坏从电源，FBx 引脚不会将从电源的反馈节点电压拉高至 1.7V 以上，且即使 LTC2923 未供电，也不会主动从该节点吸收电流。

（七）GATE（引脚 9/引脚 11）

外部 N 沟道 FET 的栅极驱动引脚。当 ON 引脚为高电平时，内部 10µA 电流源对外部 N 沟道 MOSFET 的栅极充电；当 ON 引脚为低电平时，GATE 引脚以 10µA 电流下拉。在短路情况下，电子断路器会以 20mA 电流快速下拉 GATE 引脚。建议在该电容和 FET 的栅极之间添加 10Ω 电阻，以防止高频振荡。

（八）RAMP（引脚 10/引脚 12）

斜坡缓冲输入引脚。当连接到外部 N 沟道 FET 的源极时，从电源会跟踪 FET 源极的斜坡变化。当没有外部 FET 时，可将 RAMP 引脚直接连接到 GATE 引脚。

（九）SDO（引脚 9，仅 DE 封装）

从电源关断输出引脚，为开漏输出，可用于控制从电源的关断或 RUN/SS 引脚。

（十）STATUS（引脚 10，仅 DE 封装）

电源良好状态指示引脚，为开漏输出，在 GATE 引脚完全充电之前为低电平，所有电源达到最终工作电压后变为高电平。

五、应用信息与设计步骤

（一）电源跟踪与排序类型

LTC2923 可实现多种电源跟踪和排序方式，包括同步跟踪、偏移跟踪、比例跟踪和电源顺序启动。不同的应用场景对电源的启动和跟踪方式有不同的要求，LTC2923 能够满足这些多样化的需求。

（二）设计步骤

1. 设置主信号的斜坡速率：根据主电源的期望斜坡速率 (S{M}) ，计算 GATE 引脚上电容 (C{GATE}) 的值，公式为 (C{GATE}=frac{I{GATE}}{S{M}}) ，其中 (I{GATE} approx 10 mu A) 。如果外部 FET 的栅极电容与 (C_{GATE}) 相当，则应减小外部电容的值。若不使用外部 FET，将 GATE 和 RAMP 引脚连接在一起。
2. 求解提供从电源期望斜坡速率的电阻对：选择从电源的斜坡速率 (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}}}) 计算电阻值，其中 (V{TRACK } ≈0.8 ~V) 。需要注意的是，较大的从电源斜坡速率与主电源斜坡速率之比 (S{S} / S{M}) 可能导致 (R_{TA}') 为负值。
3. 选择 (R_{T A}) 以获得期望的延迟：如果不需要延迟，令 (R{TA}=R{TA}') ；如果需要延迟，先将期望的电压偏移 (V{OS}) 转换为延迟 (t{D}) ，公式为 (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}}) 计算 (R{TA}'') ，最后通过 (R{TA}=R{TA}' | R{TA}'') 计算 (R_{TA}) 。

（三）实际应用示例

文档中给出了同步跟踪、比例跟踪、偏移跟踪和电源顺序启动等多个实际应用示例，通过详细的计算和电路原理图，展示了如何根据不同的需求设计电路。这些示例为我们在实际设计中提供了宝贵的参考。

六、注意事项

（一）最终合理性检查

在设计完成后，需要进行最终的合理性检查，以确保设计的可行性。例如，检查从电源是否能在主信号达到最终电压之前完成斜坡上升，TRACKx 引脚的电流是否不超过 1mA，RAMPBUF 引脚的电流是否不超过 ±2mA 等。

（二）升压和线性稳压器的使用

LTC2923 的跟踪单元并非适用于所有类型的电源。对于升压稳压器和线性稳压器，需要特别注意。例如，升压稳压器在输出电压低于输入电压时，LTC2923 的跟踪单元可能无法有效驱动输出；线性稳压器可能存在一些特殊的电路设计，导致跟踪单元无法正常工作，因此建议进行实验室测试。

（三）负载要求

当电源快速斜坡下降时，负载或电源本身必须能够吸收足够的电流以支持斜坡速率。如果负载电阻较弱且输出电容较大，不吸收电流的电源的下降斜坡速率可能会受到负载和输出电容的 RC 时间常数的限制。

（四）启动延迟

电源在施加输入电源后可能不会立即启动，如果 LTC2923 试图在输入电源存在时立即启动这些电源，可能会导致输出启动延迟，从而影响跟踪电路的正常工作。可以通过减小从电源的软启动电容或在 ON 引脚的电阻分压器中加入电容来延迟斜坡上升。

（五）布局考虑

在 PCB 布局时，应将 0.1µF 旁路电容尽可能靠近 LTC2923 的电源引脚。在 FET 附近连接一个 10Ω 电阻，可防止高频振荡。保持 LTC2923 的 FBx 引脚与从电源反馈节点之间的走线尽可能短，以减少噪声。在某些情况下，可在从电源反馈节点附近串联一个电阻，但该电阻的值不应超过 (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、总结

LTC2923 是一款功能强大、灵活且易于使用的电源跟踪与排序控制器。它为电子工程师提供了一个简单而有效的解决方案，能够满足多种电源管理需求。通过深入了解其特性、引脚功能、应用信息和注意事项，我们可以更好地利用这款芯片，设计出性能稳定、可靠的电源系统。在实际应用中，还需要根据具体的设计要求进行合理的参数选择和电路布局，以确保系统的最佳性能。你在使用 LTC2923 或其他电源管理芯片时，遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。