探索LTC6993：多功能单稳态脉冲发生器的设计与应用

在电子设计领域，单稳态脉冲发生器是一种非常重要的电路元件，它能够在接收到触发信号后产生一个固定宽度的脉冲。今天，我们就来深入了解一下凌力尔特（现ADI）的LTC6993系列单稳态脉冲发生器，看看它有哪些独特的特性和应用场景。

文件下载：LTC6993MPS6-2#TRPBF.pdf

一、LTC6993概述

LTC6993是TimerBlox®家族中的一员，是一款可编程单稳态多谐振荡器（也称为“单触发”脉冲发生器），其脉冲宽度可在1µs至33.6秒之间进行编程。该系列有LTC6993 - 1、LTC6993 - 2、LTC6993 - 3和LTC6993 - 4四个版本，以提供不同的触发信号极性和重触发能力。

1.1 主要特性

• 宽脉冲宽度范围：脉冲宽度范围从1µs到33.6秒，可满足多种应用需求。
• 低误差：对于不同的脉冲宽度，误差控制在一定范围内，如脉冲宽度 > 512µs时，最大误差 < 2.3%。
• 多种配置选项：可配置为上升沿或下降沿触发，可重触发或不可重触发，还能配置为正或负输出脉冲。
• 低功耗：在10µs脉冲宽度时，电源电流仅70µA。
• 宽工作温度范围：-55°C至125°C，适用于各种恶劣环境。
• 多种封装形式：提供低轮廓（1mm）SOT - 23（ThinSOT™）和2mm × 3mm DFN封装。
• 汽车级认证：符合AEC - Q100标准，可用于汽车应用。

1.2 应用场景

LTC6993的应用非常广泛，包括看门狗定时器、频率鉴别器、缺失脉冲检测、包络检测等，还适用于高振动、高加速度环境以及便携式和电池供电设备。

二、技术细节

2.1 脉冲宽度编程

LTC6993的输出脉冲宽度由内部主振荡器和可编程时钟分频器 (N{DIV}) 决定。通过一个单一电阻 (R{SET}) 来编程内部主振荡器频率，从而设置LTC6993的时基。输出脉冲宽度的计算公式为： [t{OUT }=frac{N{DIV } cdot R{SET }}{50 k Omega} cdot 1 mu s, N{DIV }=1,8,64, ..., 2^{21}]

2.2 触发与重触发

不同版本的LTC6993具有不同的触发特性：	设备	输入极性	重触发
LTC6993 - 1	上升沿	否
LTC6993 - 2	上升沿	是
LTC6993 - 3	下降沿	否
LTC6993 - 4	下降沿	是

LTC6993 - 2和LTC6993 - 4是可重触发的，这意味着在输出脉冲期间，如果再次接收到触发信号，脉冲宽度将被延长。而LTC6993 - 1和LTC6993 - 3在输出脉冲期间会忽略额外的触发输入，直到脉冲结束。

2.3 输出极性控制

通过DIV引脚的电压设置DIVCODE，其中DIVCODE的最高位（POL）决定了输出引脚的极性。当 (POL = 0) 时，输出产生正脉冲；当 (POL = 1) 时，输出产生负脉冲。

2.4 电气特性

文档中详细列出了LTC6993的电气特性，包括输出脉冲宽度、脉冲宽度精度、脉冲宽度随温度和电源的变化、电源电流等。例如，在不同的 (N{DIV}) 设置下，脉冲宽度的误差范围不同，同时电源电流也会随着 (N{DIV}) 和 (R_{SET}) 的变化而变化。

三、设计与应用

3.1 基本设计步骤

使用LTC6993进行设计时，可以按照以下步骤进行：

1. 选择POL位设置：根据需要选择输出脉冲的极性， (DIVCODE ≥ 8) 时 (POL = 1)，产生低电平有效脉冲。
2. 选择LTC6993版本：根据触发信号的极性（上升沿或下降沿）和是否需要重触发来选择合适的版本。
3. 选择 (N_{DIV}) 频率分频器值：根据所需的输出脉冲宽度 (t{OUT})，选择合适的 (N{DIV}) 值，范围为 (frac{t{OUT }}{16 mu s} leq N{DIV } leq frac{t{OUT }}{1 mu s})。为了最小化电源电流，应选择最低的 (N{DIV}) 值，但在某些情况下，较高的 (N_{DIV}) 值可能会提供更好的精度。
4. 计算并选择 (R_{SET})：使用公式 (R{SET}=frac{50 k}{1 mu s} cdot frac{t{OUT }}{N{DIV}}) 计算 (R{SET}) 的值，并选择最接近的标准电阻值。

3.2 应用示例

文档中给出了多个典型应用示例，如缺失脉冲检测器、脉冲延迟发生器、RC伺服脉冲发生器等。以缺失脉冲检测器为例，使用可重触发的LTC6993 - 2，输出反相。只要在 (t_{OUT} = 64µs) 内发生重触发，输出就保持低电平。

四、注意事项

4.1 ISET极端情况

当 (I{SET}) 超出推荐的1.25µA至20µA范围时，主振荡器的工作频率会超出最准确的62.5kHz至1MHz范围，导致精度降低。当 (I{SET}) 约为500nA时，振荡器将停止，输出脉冲将不会终止，直到 (I_{SET}) 增加。

4.2 建立时间

在 (I{SET}) 发生2×或0.5×阶跃变化后，输出脉冲宽度大约需要六个主时钟周期（6 • (t{MASTER})）才能稳定到最终值的1%以内。

4.3 耦合误差

SET引脚对数字信号（如TRIG输入）的耦合很敏感，即使是良好的布局也会存在一定的耦合。因此，在PCB布局时应避免将SET引脚与TRIG引脚（或其他快速边沿、宽摆幅信号）相邻布线。

4.4 电源旁路和PCB布局

为了确保LTC6993的性能，需要进行适当的电源旁路和合理的PCB布局。具体建议包括：

• 使用低电感路径将旁路电容C1直接连接到V + 和GND引脚。
• 将所有无源元件放置在电路板的顶层，以最小化走线电感。
• 将 (R_{SET}) 尽可能靠近SET引脚，并进行直接、短的连接。
• 使用接地走线屏蔽SET引脚，以防止辐射信号的干扰。
• 将R1和R2靠近DIV引脚放置，以减少外部信号的耦合。

五、总结

LTC6993系列单稳态脉冲发生器具有宽脉冲宽度范围、低误差、多种配置选项等优点，适用于多种应用场景。在设计过程中，需要根据具体需求选择合适的版本和参数，并注意ISET极端情况、建立时间、耦合误差等问题。同时，合理的电源旁路和PCB布局对于确保其性能至关重要。希望本文能为电子工程师在使用LTC6993进行设计时提供一些参考和帮助。你在使用LTC6993的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。