深入解析 LTC6908-1/LTC6908-2 电阻设置式振荡器

在电子设计领域，振荡器是许多电路的核心组件，它为系统提供稳定的时钟信号。今天我们要深入探讨的是 Linear Technology 公司的 LTC6908-1/LTC6908-2 电阻设置式振荡器，它具有独特的特性和广泛的应用场景。

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产品概述

LTC6908 是一款易于使用的精密振荡器，提供两个输出信号，输出信号相位差有 180°（LTC6908 - 1）和 90°（LTC6908 - 2）两种选择。其工作频率范围为 50kHz 至 10MHz，可通过单个外部电阻（RSET）进行编程，还具备扩频频率调制（SSFM）功能，能有效改善电磁兼容性（EMC）。

关键特性

1. 频率设置简单：只需一个外部电阻即可设置振荡器的频率，计算公式为 (f{OUT }=10 MHz cdot 10 k / R{SET})。
2. 扩频功能：可选的扩频频率调制功能，频率扩展范围固定为中心频率的 ±10%，可降低峰值电磁辐射水平，提高 EMC 性能。
3. 低功耗：典型电源电流为 400µA（(V^{+}=5 ~V, 50 kHz)）。
4. 高精度：频率误差最大为 1.5%（(T_{A}=25^{circ} C)，(V^{+}=3 ~V)），温度稳定性为 ±40ppm/°C。
5. 快速启动：典型启动时间为 260µs（1MHz），输出在稳定前保持静音。
6. 宽电源范围：可在 2.7V 至 5.5V 的单电源下工作。
7. 多种封装形式：提供低剖面（1mm）ThinSOT 和 DFN（2mm × 3mm）封装。

电气特性分析

频率精度

频率精度是振荡器的重要指标之一。在不同的电源电压和频率范围内，LTC6908 的频率精度有所不同。例如，在 (V^{+}=2.7V) 且 250kHz ≤ (f{OUT}) ≤ 5MHz 时，频率误差最大为 ±1.5%；在 (V^{+}=5V) 且 5MHz < (f{OUT}) ≤ 10MHz 时，频率误差最大为 ±4.5%。

电源电流

电源电流与输出频率和电阻设置有关。当 (R{SET}=2000k)，(R{L}=∞)，(f{OUT}=50kHz)，(MOD) 引脚接 (V^{+}) 且 (V^{+}=5V) 时，典型电源电流为 0.4mA；当 (R{SET}=20k)，(R{L}=∞)，(f{OUT}=5MHz)，(MOD) 引脚接地且 (V^{+}=5V) 时，典型电源电流为 1.25mA。

输出特性

输出信号为轨到轨、50% 占空比的方波，能够驱动 5k 和/或 10pF 的负载。输出上升时间和下降时间在不同电源电压下有所不同，例如在 (V^{+}=5V) 时，上升时间典型值为 6ns，下降时间典型值为 5ns。

工作原理

基本振荡原理

LTC6908 的主振荡器由 (V^{+}) 和 SET 引脚之间的电压比以及流入 SET 引脚的电流（(I{MASTER})）控制。当扩频频率调制（SSFM）禁用时，(I{MASTER}) 严格由 ((V^{+}-V{SET})) 电压和 (R{SET}) 电阻决定；当 SSFM 启用时，(I{MASTER}) 由滤波后的伪随机噪声（PRN）信号调制，其值在 ((I{SET}-10 %)) 和 ((I{SET} + 10%)) 之间均匀分布，从而使主振荡器的频率发生调制，产生以 (I{SET}) 电流设定频率为中心、带宽约为中心频率 20% 的近似平坦频谱。

输出频率计算

主振荡器信号在驱动输出引脚之前会进行 2 分频，因此输出频率公式为 (f{OUT }=10 MHz cdot 10 k / R{SET})。当 SSFM 禁用时，(f{OUT}) 即为最终输出频率；当 SSFM 启用时，最小输出频率为 (0.9 cdot f{OUT})，最大输出频率为 (1.1 cdot f_{OUT})。

输出配置

LTC6908 有两种输出配置：LTC6908 - 1 的两个输出信号相位差为 180°，LTC6908 - 2 的两个输出信号相位差为 90°。这种输出配置在同步多相开关调节器设计中非常有用，可减少输入和输出纹波电流，从而显著改善传导 EMI。

扩频频率调制（SSFM）

工作机制

SSFM 功能通过伪随机噪声（PRN）信号对振荡器的频率进行调制，将振荡器的能量分散到较宽的频率范围内，从而降低峰值电磁辐射水平，提高 EMC 性能。频率扩展量固定为 20%（±10%），(I{MASTER}) 电流由乘法数模转换器（MDAC）产生，并经过低通滤波器滤波，使其在 (0.9 cdot I{SET}) 和 (1.1 cdot I{SET}) 之间以伪随机噪声的方式变化，进而使输出频率在 (0.9 cdot f{OUT}) 和 (1.1 cdot f_{OUT}) 之间变化。

调制率设置

调制率由 MOD 引脚的状态决定，有 (f{OUT}/16)、(f{OUT}/32) 和 (f{OUT}/64) 三种可选。将 MOD 引脚接地选择 (f{OUT}/16) 调制率，浮空选择 (f{OUT}/32) 调制率，接 (V^{+}) 选择 (f{OUT}/64) 调制率。将一个输出引脚连接到 MOD 引脚可禁用 SSFM。

应用指南

频率设置电阻选择

LTC6908 的输出频率范围为 50kHz 至 10MHz，但在电源电压低于 4V 且频率大于 5MHz 时，精度可能会受到影响。可根据公式 (R{SET}=10 k cdot 10 MHz / f{OUT}) 选择合适的电阻，电阻公差会影响输出频率。

替代频率设置方法

除了使用电阻设置频率外，还可以通过向 SET 引脚提供电流的方式来编程振荡器。例如，使用可编程电流源或电压源与外部电阻串联的方式，但这些方法的频率精度可能会低于使用电阻控制的方式。

驱动逻辑电路

LTC6908 的输出适用于驱动一般的数字逻辑电路，但由于其采用伪随机调制信号，可能不适合对时序和周期抖动要求较高的逻辑设计。在使用时需要仔细考虑周期抖动问题。

驱动开关调节器

LTC6908 主要用于为开关调节器系统提供准确稳定的时钟信号。其互补（LTC6908 - 1）或正交（LTC6908 - 2）CMOS 逻辑输出可直接驱动大多数开关调节器和开关控制器。为了获得最佳的 EMC 性能，建议将 MOD 引脚接地（SSFM 启用，调制率设置为 (f_{OUT}/16)）。在驱动开关调节器时，需要注意调制率应在调节器的同步能力范围内，以确保调节器的输出稳定。

高频抑制

在固定频率应用中，需要注意 (V^{+}) 电源电压纹波对输出频率精度的影响。电源线上接近 LTC6908 编程输出频率的纹波频率分量超过 30mVP - P 时，可能会产生额外的 0.2% 频率误差。

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} ≈R{SET} cdot(2.5 mu s / k)) + 10µs 估算。例如，当 (R_{SET}=100 k) 时，LTC6908 将在约 260µs 内稳定到 1MHz 最终值的 1% 以内。

典型应用案例

LTC6908 在开关电源、便携式和电池供电设备、精密可编程振荡器、电荷泵驱动器等领域都有广泛应用。例如，在一个 1.1MHz、1.8V/16A 的降压调节器中，使用 LTC6908 作为时钟参考，可有效提高系统的稳定性和 EMC 性能。

总结

LTC6908 - 1/LTC6908 - 2 电阻设置式振荡器以其简单的频率设置方式、出色的 EMC 性能和广泛的应用场景，成为电子工程师在设计时钟电路时的理想选择。在实际应用中，需要根据具体需求合理选择频率设置电阻、调制率等参数，以充分发挥其性能优势。你在使用振荡器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。