LTC6993：高精度可編程單穩態多諧振蕩器的卓越之選

在電子設計領域，單穩態多諧振蕩器（即“單觸發脈沖發生器”）是一種常見且重要的電路，用于產生可編程持續時間的脈沖信號。今天要給大家介紹的LTC6993，就是這樣一款性能卓越的器件，它屬于TimerBlox?系列多功能硅定時設備，具有廣泛的應用前景。

文件下載：LTC6993MPS6-3#TRMPBF.pdf

特性亮點

寬脈沖寬度范圍

LTC6993的脈沖寬度范圍為1μs至33.6秒，能滿足各種不同的應用需求。無論是需要短脈沖進行快速信號處理，還是長脈沖用于定時控制，它都能輕松勝任。

低誤差高精度

脈沖寬度誤差控制出色，對于脈沖寬度大于512μs的情況，誤差小于2.3%；8μs至512μs時，誤差小于3.4%；1μs至8μs時，誤差小于4.9%。這種高精度特性確保了在對時間精度要求較高的應用中，LTC6993能穩定可靠地工作。

多種配置選項

它有四種型號可供選擇，能實現上升沿或下降沿觸發，并且支持可重觸發或不可重觸發模式。同時，輸出脈沖的極性也可配置為正或負，為設計帶來了極大的靈活性。

低功耗與快速恢復

工作在2.25V至5.5V的單電源下，在10μs脈沖寬度時，電源電流僅70μA，非常適合便攜式和電池供電設備。而且它具有快速恢復時間，能迅速響應下一次觸發信號。

寬溫度范圍與多樣封裝

工作溫度范圍為–55°C至125°C，可適應各種惡劣環境。提供低剖面（1mm）SOT - 23（ThinSOT?）和2mm × 3mm DFN兩種封裝形式，方便不同的PCB布局需求。此外，它還通過了AEC - Q100認證，可用于汽車應用。

工作原理

LTC6993圍繞一個最小周期為1μs的主振蕩器構建。通過SET引腳的電流（ISET）和電壓（VSET）來控制振蕩器，其轉換因子為1μs/50kΩ，在典型條件下精度可達±1.7%。 反饋回路將VSET維持在1V ± 30mV，因此ISET成為控制脈沖寬度的主要因素。最簡單的方法是在SET和GND之間連接一個電阻（RSET），使ISET = VSET / RSET，此時主振蕩器方程簡化為： [t{MASTER }=1 mu s cdot frac{R{SET }}{50 k Omega}] 觸發信號（TRIG引腳的上升或下降沿）將輸出鎖存到激活狀態，啟動輸出脈沖。同時，主振蕩器開始計時，當達到所需脈沖寬度時，主振蕩器重置輸出鎖存器。 此外，LTC6993還包含一個可編程分頻器，可將頻率進一步除以1、8、64、512、4096、(2^{15})、(2^{18})或(2^{21})，從而擴展脈沖寬度。分頻比NDIV由連接到DIV引腳的電阻分壓器設置，輸出脈沖寬度公式為： [t{OUT }=frac{N{DIV } cdot R_{SET }}{50 k Omega} cdot 1 mu s]

引腳功能

V +（引腳1/引腳5）

電源電壓輸入，范圍為2.25V至5.5V。需使用0.1μF電容直接旁路到GND引腳，以減少噪聲和紋波。

DIV（引腳2/引腳4）

可編程分頻器和極性輸入。DIV引腳電壓（VDIV）內部轉換為4位結果（DIVCODE），可通過(V^{+})和GND之間的電阻分壓器生成。使用1%電阻確保結果準確，同時要屏蔽DIV引腳和電阻，避免受到OUT引腳或其他快速邊沿信號的干擾。DIVCODE的最高位（POL）決定OUT引腳的極性。

SET（引腳3/引腳3）

脈沖寬度設置輸入。SET引腳電壓（VSET）被調節到高于GND 1V，從SET引腳流出的電流（ISET）對主振蕩器頻率進行編程。ISET電流范圍為1.25μA至20μA，當ISET低于約500nA時，輸出脈沖將持續，直到ISET增加。為獲得最佳性能，建議使用精度為0.5%或更高、溫度系數為50ppm/°C或更好的精密金屬或薄膜電阻。

TRIG（引腳4/引腳1）

觸發輸入。根據型號不同，TRIG引腳的上升或下降沿將啟動輸出脈沖。LTC6993 - 1和LTC6993 - 2對上升沿敏感，LTC6993 - 3和LTC6993 - 4對下降沿敏感。LTC6993 - 2和LTC6993 - 4支持重觸發功能。

GND（引腳5/引腳2）

接地引腳，連接到低電感接地平面以獲得最佳性能。

OUT（引腳6/引腳6）

輸出引腳，輸出從GND到(V^{+})擺動，輸出電阻約為30Ω。當驅動LED或其他低阻抗負載時，應使用串聯輸出電阻將源/灌電流限制在20mA。

設計步驟

選擇POL位設置

根據需要的輸出脈沖極性，選擇POL位。當DIVCODE ≥ 8時，POL = 1，輸出負脈沖；否則輸出正脈沖。

選擇LTC6993型號

根據TRIG輸入是上升沿還是下降沿，以及是否需要重觸發功能，從四種型號中選擇合適的器件。

選擇NDIV分頻器值

對于給定的輸出脈沖寬度tOUT，NDIV應滿足： [frac{t{OUT }}{16 mu s} leq N{DIV } leq frac{t_{OUT }}{1 mu s}] 為了最小化電源電流，應選擇最低的NDIV值，但在某些情況下，較高的NDIV值可能提供更好的精度。

計算并選擇RSET

使用公式： [R{S E T}=frac{50 k}{1 mu s} cdot frac{t{OUT }}{N_{D I V}}] 計算出RSET的值，然后選擇最接近的標準電阻值。

應用案例

缺失脈沖檢測器

使用可重觸發的單觸發模式，并將輸出反相。只要在(t_{OUT}) = 64μs內發生重觸發，輸出就保持低電平。

無線電控制伺服參考脈沖發生器

產生1.5ms的參考脈沖，用于無線電控制伺服系統。

脈沖延遲發生器

實現脈沖的延遲輸出，可用于測試設備或信號處理系統。

注意事項

ISET極端情況

當ISET超出1.25μA至20μA的推薦范圍時，主振蕩器的精度會降低。當ISET約為500nA時，振蕩器將停止工作。

建立時間

ISET發生2倍或0.5倍階躍變化后，輸出脈沖寬度大約需要六個主時鐘周期（(6 cdot t_{MASTER})）才能穩定到最終值的1%以內。

耦合誤差

SET引腳對數字信號（如TRIG輸入）的耦合比較敏感，即使良好的布局也會存在一定耦合。在PCB布局時，應避免將SET引腳與TRIG引腳或其他快速邊沿信號的走線相鄰。

電源旁路和PCB布局

為確保性能，應使用0.1μF陶瓷電容對電源進行旁路，將所有無源元件放置在電路板頂層，盡量縮短RSET與SET引腳的連接距離，并使用接地走線屏蔽SET引腳。

總之，LTC6993是一款功能強大、性能出色的單穩態脈沖發生器，在眾多領域都有廣泛的應用前景。在設計過程中，只要充分了解其特性和工作原理，并注意相關的設計要點，就能發揮出它的最佳性能。大家在實際應用中遇到過哪些問題呢？歡迎一起交流探討。