表1 LTC6902的引腳功能
2 LTC6902芯片的工作原理
LTC6902主要由主振蕩器、分頻比可編程的分頻器、固定分頻比為3200的分頻器、偽隨機二進制序列(PRBS)產(chǎn)生器、D/A轉(zhuǎn)換器以及一個放大器、一個跟隨器和一個鏡像電流源組成,如所示。

 
LTC6902的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 　　
LTC6902的主振蕩器頻率f受兩個因素的控制:一是“V+”和“SET”兩只引腳間的電壓差(V+-VSET),二是流入主振蕩器的電流IM。而且符合以下關(guān)系式 : 　　
f=10MHz·20kΩ·IM/(V+-VSET) (1)
IM=ISET-IMOD (2)
以上兩式中,各變量的意義分別是:VSET為“SET”引腳對地的直流電壓,ISET為流過頻率編程電阻RSET的電流;IMOD為流過擴頻編程電阻RMOD的電流。 　　
2.1 定頻應(yīng)用

定頻應(yīng)用指不使用擴頻功能,只將LTC6902作為普通可編程定頻振蕩器使用。此時,芯片的9腳(“MOD”引腳)接地,IMOD 為零,IM=ISET 成立。 　　
由于:ISET =(V+-VSET)/RSET      (3) 　　
所以:f=10MHz·20kΩ/RSET      (4) 　　
顯然,此時主振蕩器的振蕩頻率只受外部編程電阻RSET的控制,其頻率范圍為100kHz～20MHz。 　　
主振蕩器的輸出經(jīng)過可編程分頻器N次分頻后,送往多相選擇輸出電路,分頻比N的值由“DIV”腳的電壓確定。在多相選擇輸出電路中,根據(jù)“PH”腳的編程電壓確定給外電路提供2相、3相還是4相的方波(或矩形波)信號。同時,還根據(jù)輸出的相數(shù)對信號進行M次分頻:2相輸出時,M=1;3相和4相輸出時,M分別等于3和4。這樣,終從引腳OUT1～OUT4輸出脈沖的頻率為: 　

　 　　
擴頻(SSFM)應(yīng)用時,振蕩器的頻率受一個偽隨機噪聲(PRN)信號調(diào)制,振蕩頻率在一個較寬的范圍內(nèi)變化,從而把振蕩器的能量擴展到一個寬頻帶內(nèi),這種擴展作用降低了電磁輻射(EMI)的峰值水平,提高了電磁兼容性能。 　　
頻率擴展的幅度由外部電阻RMOD以及“V+”和“MOD”兩只引腳間的電壓差(V+-VMOD)決定。VMOD是個動態(tài)信號,它由一個以VSET為參考的相乘型D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生,D/A轉(zhuǎn)換器的輸入是7位并行的偽隨機二進制序列(PRBS),該序列碼與(1/5·VSET)相乘后得到VMOD,VMOD以偽隨機噪聲的規(guī)律變化。電壓差(V+-VMOD)的值是0V,值為1/5·(V+-VSET)。(V+-VMOD)時,IMOD=0,IM=ISET,主振蕩器振蕩頻率,即為由RSET設(shè)定的頻率f(見式(4));(V+-VMOD)時,IMOD=0.2ISET,IM=0.8ISET, 主振蕩器振蕩頻率(為f的80%)。 　　
根據(jù)VMOD與VSET的關(guān)系,RSET與RMOD的比值決定頻率擴展的幅度。頻率擴展度的定義如下: 　

PRBS 碼由一個帶線性反饋的9位移位寄存器產(chǎn)生,每512(29)個移位時鐘周期重復(fù)。移位寄存器的后7位輸出到D/A轉(zhuǎn)換器用于生成VMOD電壓,輸出波形包括128(27)個離散的臺階,每改變一個移位時鐘周期就變化一個臺階。移位寄存器的時鐘由主振蕩器的輸出經(jīng)3200次分頻后得到。這樣,偽隨機序列每隔(512×3200/f)秒就重復(fù)。經(jīng)PRBS調(diào)制后的波形與偽隨機噪聲類似。 　　
頻率擴展度越高,則EMI降低越大。因此,實際應(yīng)用時,盡可能選取更高的振蕩頻率,并將FS值取得較大,其可用范圍約為5%～80%。實踐證明FS在10%～40%范圍內(nèi)取值時,綜合效果。 　　
3 設(shè)計與應(yīng)用
LTC6902常用于驅(qū)動開關(guān)穩(wěn)壓器或開關(guān)控制器,尤其在分布式電源系統(tǒng)中,多個開關(guān)穩(wěn)壓器工作于同一頻率時,用LTC6902作驅(qū)動時鐘源,能夠減少輸入電容的數(shù)量,還能避免由于多個時鐘頻率及其諧波的存在而產(chǎn)生的差拍干擾。為了降低EMI,用LTC6902作為驅(qū)動時鐘的開關(guān)電源的設(shè)計原則和步驟如下: 　　
(1)使LTC6902工作于SSFM模式。 　
(2)根據(jù)電源功率、開關(guān)變壓器磁芯尺寸等系統(tǒng)要求或已有條件,設(shè)定盡可能高的電源工作頻率。 　　
由于LTC6902工作在SSFM模式時,其內(nèi)部頻率擴展的步進帶寬大約為25kHz,而開關(guān)穩(wěn)壓器的工作帶寬在工作頻率的1/50到1/2之間變化,典型值為工作頻率的1/10。因此,為使開關(guān)穩(wěn)壓器平穩(wěn)工作,不產(chǎn)生跳變,要保證其工作頻率為250kHz。但電源工作頻率也不是越高越好,因為頻率越高,變壓器損耗增加,效率降低。因此LTC6902適合于中、小功率的電源系統(tǒng)應(yīng)用。 　　
(3)確定輸出相數(shù),設(shè)定RSET及分頻比N、M的值。 　　
當(dāng)開關(guān)穩(wěn)壓器工作頻率(LTC6902的fout與之相同)確定以后,根據(jù)系統(tǒng)中開關(guān)穩(wěn)壓器的數(shù)量,確定LTC6902的輸出相數(shù),分頻比M也隨之確定(參考表1)。 　　
由于LTC6902的偽隨機調(diào)制信號發(fā)生器由主振蕩器頻率驅(qū)動,為了達(dá)到的EMC性能,主振蕩器應(yīng)工作于盡可能高的頻率。根據(jù)這項原則和已有的條件,利用公式(5),并參考表1中給定的取值范圍,確定分頻比N和RSET的值。
(4)設(shè)定RMOD,確定頻率擴展度FS。 　　
如果單純?yōu)榱私档头逯递椛?頻率擴展度FS選得越高越好。但若考慮擴展后的信號頻率對系統(tǒng)內(nèi)其它電路的干擾,必須謹(jǐn)慎選擇頻率擴展度FS,而且可能還要反復(fù)試驗,以確定值。 　　
在fout、N、M和RSET以及頻率擴展度FS依次確定后,就可以根據(jù)公式(6)計算出RMOD的值。 　　
根據(jù)上述設(shè)計原則與方法,采用一片LTC6902和兩片LT1310設(shè)計了一個具有+5V輸入、兩組+12V輸出的升壓電源電路,其具體電路如所示。

 
雙路12V電源原理圖 　　
在該電源中,開關(guān)穩(wěn)壓器LT1310的工作頻率為1MHz(關(guān)于LT1310的設(shè)計,請參閱參考文獻(xiàn)2),LTC6902的各有關(guān)設(shè)計值為:M=1、N=10、RSET=20kΩ、RMOD=16kΩ、頻率擴展度為25%。LTC6902輸出兩路互為反相的方波脈沖去同步兩片LT1310的工作。L選用1.5A的高頻帖片功率電感,也可以用Φ0.6的漆包線在10mm×6mm×5mm的環(huán)型NXO-1000高頻鐵氧體上繞20圈左右代替;D選用快恢復(fù)二極管FR151。 　　
印刷電路板制作時,為減小EMI,在頂層上的空白區(qū)域鋪設(shè)大面積敷銅作為接地層。,用YB4361示波器和HP8596E頻譜分析儀對實際電路進行了評估。測量結(jié)果表明,采用擴頻調(diào)制后,輸出的白噪聲比普通定頻工作時有所增大,但EMI峰值下降幅度超過了20dB。顯然,利用偽隨機噪聲技術(shù)實現(xiàn)擴頻調(diào)制,并將這種技術(shù)應(yīng)用于開關(guān)電源的設(shè)計,對于降低開關(guān)電源的EMI是一種非常有效的手段。
參考文獻(xiàn)