线性电源驱动的LTC1799振荡器：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，振荡器是不可或缺的关键组件，它为各种电路提供稳定的时钟信号。今天，我们来深入探讨一款由线性电源驱动的高性能振荡器——LTC1799。

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一、LTC1799简介

LTC1799是一款易于使用且占用PCB空间极小的精密振荡器。它的频率由单个外部电阻（RSET）编程设定，无需外部微调组件就能实现高精度操作，频率误差在特定范围内可控制在≤1.5%。该振荡器工作于2.7V至5.5V的单电源，输出轨到轨、占空比为50%的方波，其CMOS输出驱动器确保了快速的上升/下降时间和轨到轨切换。

二、主要特性

2.1 频率设置与范围

• 单电阻设置频率：仅需一个外部电阻即可设置频率，频率范围为1kHz至33MHz。
• 高精度：在5kHz至20MHz范围内，25°C时频率误差≤1.5%；0°C至70°C时频率误差≤2%。
• 温度稳定性：温度稳定性为±40ppm/°C，电源稳定性为0.05%/V。

2.2 占空比与电流

• 占空比：1kHz至2MHz时，占空比为50% ±1%；2MHz至20MHz时，占空比为50% ±5%。
• 低功耗：典型电源电流为1mA，采用100Ω CMOS输出驱动器。

2.3 封装与应用认证

• 封装：采用低剖面（1mm）的SOT - 23（ThinSOT）封装。
• 汽车应用认证：通过AEC - Q100认证，适用于汽车应用。

三、工作原理

LTC1799的主振荡器由V⁺和SET引脚之间的电压与流入SET引脚的电流之比控制。SET引脚电压被强制保持在比V⁺低约1.13V的水平，通过连接在V⁺和SET引脚之间的电阻RSET，将电压和电流变化“锁定”在一起，从而实现高精度。主振荡频率公式为： [f{M0}=10 MHz cdotleft(frac{10 k Omega}{R{SET}}right)] 为扩展输出频率范围，主振荡器信号可在驱动OUT引脚之前进行1、10或100分频，分频值由DIV输入引脚（Pin 4）的状态决定。

四、电气特性

4.1 频率精度

在不同电源电压和频率范围内，LTC1799的频率精度有所不同。例如，在5V电源下，5kHz至20MHz范围内，LTC1799C的频率误差为±1.5%。

4.2 电源特性

• 电源范围：工作电源范围为2.7V至5.5V。
• 电源电流：不同条件下电源电流有所差异，如RSET = 200k，Pin 4 = V⁺，RL = ∞，V⁺ = 5V时，典型电源电流为0.7mA。

  4.3 输出特性

• 输出电压：不同电源电压和输出电流下，高电平输出电压和低电平输出电压有相应规定。
• 上升/下降时间：在不同电源电压和分频模式下，输出上升和下降时间不同。例如，在÷1（高频）模式下，5V电源时上升时间典型值为7ns，3V电源时为11ns。

五、引脚功能

5.1 V⁺（Pin 1）

电压电源（2.7V ≤ V⁺ ≤ 5.5V），需保持无噪声和纹波，应通过0.1µF电容直接旁路到接地平面。

5.2 GND（Pin 2）

接地，应连接到接地平面以获得最佳性能。

5.3 SET（Pin 3）

频率设置电阻输入，连接在该引脚和V⁺之间的电阻值决定振荡器频率。为获得最佳性能，建议使用10k至200k的精密金属膜电阻，并将该引脚电容限制在小于10pF。

5.4 DIV（Pin 4）

分频设置输入，为三态输入，通过不同连接方式（接地、浮空、连接V⁺）选择三种分频设置，从而确定频率方程中的N值。

5.5 OUT（Pin 5）

振荡器输出，可驱动5kΩ和/或10pF负载，大负载在高频时可能因电源反弹导致不准确。

六、应用信息

6.1 分频设置与电阻选择

LTC1799的主振荡器频率范围为0.1MHz至33MHz，但在电源电压低于4V且主振荡器频率大于10MHz时，精度可能会受影响。可编程分频器将频率范围扩展到三个数量级以上。一般应选择最低的主振荡器频率来获得给定的振荡器频率，以降低功耗和提高精度。选择合适的分频设置后，可通过以下公式确定频率设置电阻： [R{SET}=10 k cdotleft(frac{10 MHz}{N cdot t{OSC}}right), N=left{begin{array}{l}100 10 1end{array}right.]

6.2 电源抑制

• 低频电源抑制：LTC1799有保守的保证电压系数0.1%/V，典型电源灵敏度更低。
• 高频电源抑制：如果使用开关电源为LTC1799供电，且电源纹波超过几十毫伏，需确保开关频率及其谐波与LTC1799的输出频率无关，否则可能导致额外的0.1%至0.2%频率误差，还可能影响振荡器输出的抖动。

  6.3 启动时间

  启动时间和稳定到最终值的1%以内的时间可通过公式 (t{START} cong R{SET}(2.8 mu s / k Omega)+ 20µs) 估算，启动时间取决于RSET，与分频引脚设置无关。

  6.4 抖动

  典型抖动在电气特性中有列出，前提是SET引脚（Pin 3）的电容限制在小于10pF，否则抖动会增加。

  6.5 接地参考电压控制振荡器

  LTC1799的输出频率也可通过控制流入或流出SET引脚的电流来编程，但可能会降低精度。通过连接第二个电阻RIN和接地参考电压源VIN，可实现输出频率随VIN变化。最大VCO调制带宽为10kHz，为使输出抖动最小，调制频率应限制在 (f_{osc} / 20) 或10kHz中的较小值。

七、典型应用

7.1 低功耗正弦波发生器

可实现80Hz至8kHz的正弦波输出，且电流小于4mA。

7.2 温度 - 频率转换器

通过特定的电路配置，可将温度转换为频率输出。

八、总结

LTC1799以其高精度、低功耗、宽频率范围和小封装等优点，在众多电子应用中具有广泛的应用前景。电子工程师在设计时，需根据具体应用需求，合理选择分频设置和频率设置电阻，注意电源抑制和启动时间等因素，以充分发挥LTC1799的性能。大家在使用LTC1799过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。