LTM4732：高性能超靜音開關電源模塊的設計指南

在電子設備的設計中，電源模塊的選擇至關重要，它直接影響著設備的性能和穩定性。今天，我們就來深入探討一下Analog Devices公司的LTM4732超靜音開關電源模塊，看看它在實際設計中能為我們帶來哪些便利和優勢。

一、LTM4732簡介

LTM4732是一款高度集成的4A降壓型Silent Switcher 3電源模塊，采用小巧的6.25mm × 4mm × 1.92mm球柵陣列（BGA）封裝。它集成了開關控制器、功率MOSFET、電感器和支持組件，為工程師提供了一個緊湊、高效且低噪聲的電源解決方案。

1.1 主要特性

超小尺寸：在單面PCB上占用面積小于 (1 ~cm^{2}) ，雙面PCB上僅需 (0.5 ~cm^{2}) ，節省了寶貴的電路板空間。
低噪聲架構：采用Silent Switcher 3架構，具有超低的電磁干擾（EMI）排放和超低的RMS噪聲（10Hz至100kHz僅為 (4 mu V_{RMS}) ），非常適合對噪聲敏感的應用。
寬輸入輸出范圍：輸入電壓范圍為3V至16V，輸出電壓范圍為0.3V至6V，滿足多種應用需求。
高輸出電流：最大連續輸出電流可達4A，能夠為負載提供充足的功率。
可調與同步：開關頻率可在400kHz至4MHz之間調節和同步，靈活適應不同的系統要求。
快速瞬態響應：采用電流模式控制，能夠快速響應負載變化，保持輸出電壓的穩定。

1.2 應用領域

LTM4732的低噪聲和高性能使其廣泛應用于電信、網絡和工業設備、射頻電源（如PLL、VCO、混頻器、LNA、PA）、低噪聲儀器以及高速/高精度數據轉換器等領域。

二、技術參數詳解

2.1 電氣特性

在 (T{A}=25^{circ} C) ， (V{IN }=12 ~V) 的典型應用條件下，LTM4732的主要電氣參數如下：	參數	符號	條件	最小值	典型值	最大值
電源輸入直流電壓	(V_{IN})	–40°C ≤ (T_{J}) ≤ 125°C	3		16	V
信號輸入直流電壓	(SV_{IN})	–40°C ≤ (T_{J}) ≤ 125°C	3		16	V
輸出電壓范圍	(V_{OUT(RANGE)})	(V{PGSET} = 0.5V)，–40°C ≤ (T{J}) ≤ 125°C	0.3		6	V
輸出電壓，隨線路和負載的總變化	(V_{OUT(DC)})	多種條件，–40°C ≤ (T_{J}) ≤ 125°C	0.985	1	1.015	V
SET引腳電流	(I_{SET})	(V_{SET} = 1V)	99.5	100	100.5	(mu A)
快速啟動SET引腳電流	(I_{SET_START})	(V{SET} = 1V)， (V{PGSET} = 0V)	2	2.5	3	mA
啟動時間	(t_{START})	多種條件				ms
RUN引腳導通閾值	(V_{RUN})	(V_{RUN}) 上升		1.32	1.37	V
RUN引腳遲滯	(V_{RUN})			50		mV
內部 (V_{CC}) 電壓	(V_{INTVCC})		3.2	3.4	3.6	V
(SV_{IN}) 靜態電流	(I_{Q_SVIN})	多種條件				(mu A) 或 mA
輸出噪聲頻譜密度（2kHz）	(V_{OUT_SPOTNOISE})	多種條件		4		(nV/√ Hz)
輸出RMS噪聲（10Hz至100kHz）	(V_{OUT_RMSNOISE})	多種條件		4		(mu V_{RMS})
輸出連續電流	(I_{OUT(DC)})	(V_{OUT} = 1V)			4	A
輸出電壓線路調整率	(Delta V{OUT(LINE)}/V{OUT})	多種條件，–40°C ≤ (T_{J}) ≤ 125°C	0.025		±0.15	%/V
輸出電壓負載調整率	(Delta V{OUT(LOAD)}/V{OUT})	多種條件，–40°C ≤ (T_{J}) ≤ 125°C			±1	%
(V_{OSNS}) 輸出電流	(I_{VOSNS})	多種條件	80	160	240	nA
輸出紋波電壓	(V_{OUT(AC)})	多種條件			8	mV
輸出電流限制	(I_{OUT_PK})				7	A
最小導通時間	(t_{ON_MIN})				15	ns
(PGSET) 上限閾值	(V_{PGSET})	(PGSET) 上升	525	540	550	mV
(PGSET) 上限閾值遲滯	(V_{PGSET})	(PGSET) 上升		5		mV
(PGSET) 下限閾值	(V_{PGSET})	(PGSET) 下降	455	465	475	mV
(PGSET) 下限閾值遲滯	(V_{PGSET})	(PGSET) 下降		5		mV
(PGSET) 引腳電流	(I_{PGSET})	(V_{PGSET} = 0.5V)		10		(mu A)
PG泄漏電流	(I_{PG})	(V{PG} = 3.3V)， (SV{IN} = 0V)	–40		40	nA
PG下拉電阻	(R_{PG})	(V_{PG} = 0.5V)	380		650	(Omega)
振蕩器頻率	(f_{OSC})	不同 (R_{T}) 值	300 kHz（ (R_{T}=392kOmega) ）		4 MHz（ (R_{T}=18kOmega) ）
SYNC直流和時鐘低電平電壓					0.7	V
SYNC閾值	(SYNC_LEVEL)
SYNC直流和時鐘高電平電壓					1.5	V
PHMODE 180°相移閾值	(V_{PHMODE})				0.7	V
PHMODE 90°相移閾值	(V_{PHMODE})				2.7	V

2.2 絕對最大額定值

為了確保LTM4732的安全可靠運行，我們需要了解其絕對最大額定值：	參數	額定值
(V{IN}) 、 (SV{IN}) 、RUN、PG	18V
SYNC、 (V{OUT}) 、 (V{OSNS}) 、SET、 (PGSET)	6V
PHMODE、COMPa、RT	4V
內部工作結溫范圍（e級、I級）	-40°C至125°C
存儲溫度范圍	-55°C至125°C
峰值回流焊本體溫度	250°C

2.3 靜電放電（ESD）

LTM4732是靜電放電敏感設備，在處理時需要采取適當的ESD預防措施。其ESD額定值如下：	ESD模型	耐受閾值（V）	等級
HBM	±4000	3A
CDM	±1250	C3

三、引腳配置與功能描述

3.1 引腳配置

LTM4732采用28引腳BGA封裝，其引腳配置如下：	引腳	名稱
A1	COMPb	內部補償網絡。在大多數應用中，將其連接到COMPa引腳以使用內部補償。
A2	SVIN	信號 (V{IN}) 。該引腳為LTM4732的內部電路和調節器提供電流。若連接到與 (V{IN}) 不同的電源，需在該引腳放置一個1μF的本地旁路電容。
A3、B3	VIN	電源輸入引腳。在這些引腳和GND引腳之間施加輸入電壓。建議將輸入去耦電容直接放置在 (V_{IN}) 引腳和GND引腳之間。
A4、C3、C4、D3、D4、E3、F3、F4	GND	輸入和輸出返回的電源接地引腳。
B1	RUN	運行控制輸入。將RUN連接到高于1.32V（典型值）可啟用設備操作；將RUN連接到低于0.4V可關閉設備。
B2	COMPa	內部誤差放大器的輸出。該引腳上的電壓控制峰值開關電流。對于并行操作，將不同通道的所有COMPa引腳連接在一起。連接到COMPb以使用內部補償；否則，連接到外部RC網絡以使用自定義補償。
B4	PHMODE	PHMODE引腳設置CLKOUT引腳時鐘信號的相移。將PHMODE引腳連接到地可實現180°相移；浮空該引腳可實現120°相移；將其連接到 (INTV) （~3.4V）或高于3V的外部電源可實現90°相移。
C2	SET	輸出電壓設置。該引腳是誤差放大器的同相輸入和LTM4732的調節設定點。SET引腳提供一個精確的100uA電流，該電流流經連接在SET和GND引腳之間的外部電阻。LTM4732的輸出電壓由 (V{SET} = I{SET} × R_{SET}) 確定，輸出電壓范圍為0.3V至6V。從SET引腳到GND引腳添加電容可改善噪聲，但會增加啟動時間。為實現最佳負載調節，將SET引腳電阻的接地端直接連接到負載。
D1	PGSET	電源良好設置。若 (PGSET) 升高到540mV以上或降低到465mV以下，PG引腳將拉低。在 (V{OUT}) 和 (PGSET) 之間連接一個上拉電阻，可使用公式 (R{PGSET} = (2×V_{OUT} - 1) × 49.9kOmega) 設置可編程電源良好閾值。 (PGSET) 激活快速啟動電路。若不需要電源良好和快速啟動功能， (PGSET) 引腳必須連接到外部0.5V，請勿浮空該引腳。
D2	RT	該引腳通過一個外部電阻連接到AGND來設置振蕩器頻率。
E1	SYNC	該引腳可編程三種不同的操作模式：1）脈沖跳過模式（PSM）。將該引腳連接到GND可實現PSM，以提高輕載時的效率。2）強制連續模式（FCM）。FCM可提供快速瞬態響應和寬負載范圍內的全頻率操作。將該引腳連接到 (INTV_{CC}) （~3.4V）或高于3V的外部電源可啟用FCM。若該引腳浮空，設備默認以FCM模式運行。3）同步模式。用與外部時鐘同步的時鐘源驅動該引腳，使設備進入FCM模式。
E2	CLKOUT	多相操作的輸出時鐘信號。CLKOUT引腳提供一個占空比為50%的開關頻率方波。LTM4732內部時鐘的CLKOUT相位由PHMODE引腳的狀態決定。CLKOUT的峰峰值幅度為 (INTV_{CC}) 到GND。若不使用CLKOUT功能，可浮空該引腳。
E4	SW	LTM4732的開關節點。該引腳僅用于測試目的，請勿用外部電路加載SW引腳。
F1	(V_{OSNS})	輸出電壓檢測。該引腳是誤差放大器的反相輸入。為實現最佳瞬態性能和負載調節，將 (V_{OSNS}) 直接連接到輸出電容和負載。同時，將輸出電容和SET引腳電容的所有GND連接直接連接在一起。
F2	PG	輸出電源良好指示。PG引腳是內部比較器的開漏輸出。在 (V{OSNS}) 處于最終調節電壓的±7.5%范圍內且無故障條件時，PG引腳保持低電平。當RUN引腳低于1V、 (INTV{CC}) 過低、 (SV{IN}) 過低或發生熱關斷時，PG引腳也會拉低。當 (SV{IN}) 高于3V時，PG信號有效。
G1	AGND	模擬地。SYNC、RT和COMP引腳的接地返回。AGND引腳在LTM4732模塊內部連接到GND引腳。
G2、G3、G4	(V_{OUT})	電源輸出引腳。在這些引腳和GND引腳之間施加輸出負載。建議將輸出去耦電容直接放置在 (V_{OUT}) 引腳和GND引腳之間。

3.2 引腳功能總結

通過對各個引腳功能的了解，我們可以更好地利用LTM4732的特性，實現不同的應用需求。例如，通過SET引腳可以方便地設置輸出電壓；SYNC引腳可以靈活選擇操作模式；PGSET引腳則可實現可編程電源良好和快速啟動功能。

四、典型性能特性

4.1 效率與負載關系

不同輸入電壓下，LTM4732的效率與負載電流的關系曲線如下：效率與負載關系曲線從曲線中可以看出，在不同的輸入電壓和輸出電壓條件下，LTM4732都能保持較高的效率，且隨著負載電流的增加，效率變化較為平穩。

4.2 功率損耗與負載關系

功率損耗與負載電流的關系曲線反映了LTM4732在不同負載下的功耗情況：功率損耗與負載關系曲線通過這些曲線，我們可以根據實際負載需求，合理選擇LTM4732的工作參數，以降低功耗，提高系統效率。

4.3 輸出噪聲特性

LTM4732的輸出噪聲頻譜密度和RMS噪聲特性表現出色：輸出噪聲特性曲線超低的噪聲水平使得LTM4732非常適合對噪聲敏感的應用，如射頻電源和低噪聲儀器等。

4.4 熱性能

在不同的環境溫度和負載條件下，LTM4732的輸出電流需要進行相應的降額：熱性能降額曲線這些降額曲線為我們在設計時考慮熱管理提供了重要參考，確保LTM4732在不同環境下都能穩定工作。

五、工作原理

5.1 整體架構

LTM4732是一個獨立的非隔離式開關DC - DC電源，包含電流模式控制器、功率開關元件、功率電感器以及適量的輸入和輸出電容。它采用固定頻率脈沖寬度調制（PWM）架構，開關頻率通過將一個電阻從RT引腳連接到AGND來設置。

5.2 工作模式

**脈沖跳過模式（

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一、LTM4732簡介

1.1 主要特性

1.2 應用領域

二、技術參數詳解

2.1 電氣特性

2.2 絕對最大額定值

2.3 靜電放電（ESD）

三、引腳配置與功能描述

3.1 引腳配置

3.2 引腳功能總結

四、典型性能特性

4.1 效率與負載關系

4.2 功率損耗與負載關系

4.3 輸出噪聲特性

4.4 熱性能

五、工作原理

5.1 整體架構

5.2 工作模式

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