深入解析 LTC1928 - 5：低噪聲電荷泵穩壓器的卓越之選

在電子設備的設計中，為噪聲敏感型器件提供穩定、低噪聲的電源是一項關鍵挑戰。LTC1928 - 5 作為一款具有內部低噪聲、低壓差（LDO）線性穩壓器的倍壓電荷泵，為解決這一問題提供了出色的解決方案。本文將深入探討 LTC1928 - 5 的特性、應用、工作原理及設計要點。

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一、LTC1928 - 5 的特性亮點

低噪聲輸出

LTC1928 - 5 在 100kHz 帶寬下的輸出噪聲低至 (90 mu V_{RMS})，這一特性使其非常適合為對噪聲敏感的設備供電，如無線應用中的高頻壓控振蕩器（VCO）。

寬輸入電壓范圍

其輸入電壓范圍為 2.7V 至 4.4V，能夠適應多種電源環境，增加了應用的靈活性。

無需電感

采用開關電容電荷泵設計，無需使用電感，僅需小型陶瓷電容即可工作，有效減少了 PCB 面積和成本。

高輸出電流能力

能夠提供高達 30mA 的輸出電流，滿足大多數低功耗設備的供電需求。

低功耗

在工作狀態下，工作電流僅為 190μA，關機狀態下電流低至 4μA，有助于延長電池供電設備的續航時間。

保護功能完善

具備內部熱關斷和電流限制功能，可有效防止芯片因過熱或過流而損壞，提高了系統的可靠性。

小尺寸封裝

采用 1mm 薄型 ThinSOT? 封裝，適合對空間要求較高的便攜式應用。

二、應用領域廣泛

LTC1928 - 5 的優異特性使其在眾多領域得到廣泛應用，包括但不限于：

• 無線通信設備：如手機的 VCO 電源、雙向尋呼機、無線 PCMCIA 卡等。
• 醫療儀器：便攜式醫療儀器對電源的穩定性和低噪聲要求較高，LTC1928 - 5 能夠滿足這些需求。
• 數據采集系統：在低功耗數據采集應用中，可提供穩定的電源。
• 遠程發射器：為遠程發射器提供可靠的電源支持。
• LED 驅動：可用于白色 LED 驅動和 GaAs 開關等。

三、工作原理剖析

LTC1928 - 5 的核心是一個開關電容電荷泵，通過該電荷泵將輸入電壓 (V{IN})（2.7V 至 4.4V）轉換為約 2(V{IN}) 的 CPO 電壓。CPO 電壓為內部低壓差線性穩壓器供電，從而在 (V_{OUT}) 端提供穩定的 5V 輸出。

內部比較器用于檢測 CPO 和 (V_{IN}) 電壓，以進行上電條件判斷。通過檢測輸出電流來確定電荷泵的工作模式。內部經過微調的帶隙基準作為電壓參考，微調后的振蕩器控制電荷泵開關。

電荷泵采用倍壓配置，使用一個外部飛跨電容。啟動時，LDO 被禁用，負載與 CPO 斷開。當 CPO 達到 1.75(V{IN}) 時，LDO 啟用；若 CPO 低于 1.45(V{IN})，LDO 將被禁用。通常情況下，電荷泵以連續時鐘的開環模式運行，以實現低噪聲。當 CPO 大于 1.95(V{IN}) 且輸出電流 (I{OUT}) 小于 200μA 時，電荷泵將進入突發模式（Burst Mode）以提高效率，但會產生稍高的輸出噪聲。

四、設計要點與注意事項

最大輸出電流計算

最大可用輸出電流可根據開路 CPO 電壓、LDO 的壓差和電荷泵的有效輸出電阻計算得出。例如，當 (V{IN}=3V)，(V{OUT}=5V)，(R{CPO}=30 Omega) 時，最大輸出電流為 30mA。同時，需確保 (V{CPO}) 大于 1.45(V_{IN})，以保證 LDO 正常工作。

外部 CPO 負載

CPO 輸出可驅動外部負載，但會減少 (V{OUT}) 端的可用電流。若外部負載需要 1mA 電流，(V{OUT}) 端的可用電流將相應減少 1mA。

短路和熱保護

(V_{OUT}) 可無限期短路到地，內部電路會限制輸出電流。當結溫超過 150°C 時，芯片將自動關機；當結溫降至 140°C 以下時，芯片將重新啟用。

電容選擇

為了獲得最佳性能，建議使用低 ESR 陶瓷電容以減少噪聲和紋波。(C{OUT}) 必須大于等于 2μF，(C{CPO}) 應等于或大于 (C{OUT})，(C{IN}) 應大于等于 2μF。飛跨電容 (C_{FLY}) 推薦使用 0.47μF 的低 ESR 陶瓷電容。

關機功能

當 (CN / overline{SHDN}=0V) 時，芯片進入關機狀態，電源電流小于 8μA，(V_{OUT}) 通過 160Ω 開關短路到地。關機通過內部對 CN/SHDN 引腳進行低電壓采樣實現，采樣時間間隔約為 30μs。

熱考慮

芯片的功率處理能力受最大額定結溫（125°C）限制。為了優化散熱性能，可將 GND 引腳連接到 PCB 上的大面積銅區作為散熱片，并確保芯片周圍有一定的氣流。

布局考慮

由于芯片的開關頻率高、瞬態電流大，因此需要精心設計 PCB 布局。使用接地層和短連接的電容可以改善噪聲性能并確保正常穩壓。

五、總結

LTC1928 - 5 以其低噪聲、寬輸入電壓范圍、高輸出電流能力和完善的保護功能，成為為噪聲敏感型設備供電的理想選擇。在設計過程中，合理選擇電容、考慮熱管理和 PCB 布局等因素，能夠充分發揮其性能優勢，為電子設備提供穩定、可靠的電源解決方案。你在使用 LTC1928 - 5 或類似芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。