為汽車雙遠程天線電流檢測LDO/開關選擇外部元件

本應用筆記可幫助系統(tǒng)設計人員選擇正確的外部元件，與MAX16948雙路遠端天線LDO/開關配合使用，從而確保汽車調節(jié)幻象天線電源和輸出電流監(jiān)測電路滿足性能目標。該器件提供電子計算器，有助于指定MAX16948的關鍵外部元件，從而縮短設計時間。該計算器還可確定器件的模擬輸出電壓、輸出限流門限和輸出電流檢測精度。該計算器包括新的自動分步功能，可幫助設計人員選擇組件。要使用新的自動功能，請單擊相對于所需部分的“分步”按鈕。

介紹

MAX16948為雙路高壓低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）/開關，具有輸出電流檢測功能。該器件通過同軸電纜向汽車系統(tǒng)中的遠程射頻 （RF） 低噪聲放大器 （LNA） 提供幻象電源，每通道最大電流為 300mA。MAX16948設計工作在4.5V至28V （45V負載容限）。

該器件提供 8.5V 的固定穩(wěn)壓輸出電壓或 1V 至 12V 的可調穩(wěn)壓輸出電壓 （LDO 模式）。該設備也可以配置為交換機（SW 模式）。

MAX16948監(jiān)測每個通道的負載電流，并提供兩個與檢測輸出電流成比例的模擬輸出電流（來自SENSE_1引腳）。精確的內部可調電流限值可保護輸入電源免受過流和短路情況的影響。

該器件具有電池短路保護、反向電流檢測、輸入過壓和熱過載關斷功能，可在這些故障條件下鎖斷內部 LDO/開關。MAX16948包括兩個獨立的/、高電平有效、兼容高壓的關斷輸入（/SHDN_），用于將每個通道置于低功耗關斷模式，以及兩個低電平有效漏極開路誤差輸出（/ERR_）。

MAX16948的外部元件

圖1所示為MAX16948的典型應用電路。主要的外部組件及其功能如下：

R1和R2在器件處于LDO模式時設置穩(wěn)定的輸出電壓，輸出電壓可調。__

R林_設置電流限制閾值。

R意義確定ADC滿量程輸入電壓和輸出電流檢測精度。

圖1.MAX16948典型應用電路

利用這些外部元件，用戶可以輕松配置MAX16948，使其正常工作。其他外部組件是必需的。下文將討論它們。

輸入電容器

從IN和GND連接一個并聯(lián)電解電容器和一個低ESR陶瓷電容器，以限制瞬時輸出短路條件下的輸入壓降，并保護器件免受IN線路電感引起的瞬變的影響。例如，如果輸入電感（包括任何雜散電感）估計為20μH，則至少使用一個0.1μF陶瓷電容器和一個至少一個10μF電解電容器。

當MAX16948工作在接近輸出電壓的輸入電壓下時，如SW模式工作或LDO模式壓差，必須注意避免在發(fā)生短路對地故障時進行錯誤的反向電流檢測。如果兩個通道都使能，并且一個通道在啟動后短路至地，則從C汲取的電流在可能導致輸入電壓暫時下降，從而可能觸發(fā)反向電流檢測故障。這種錯誤故障檢測的發(fā)生在低輸出電流（低于80mA）時更加突出。為避免這種誤觸發(fā)事件，請使用至少100μF的輸入電解電容。

LDO模式輸出電壓

在LDO模式下使用時，該器件可配置為為兩個通道中的每一個提供固定的8.5V輸出或可調的1V至12V輸出電壓。通過將FB_引腳連接到REG，輸出電壓可設置為8.5V。在這種模式下，由于不需要考慮外部電阻的容差，因此可以實現(xiàn)更高的輸出電壓精度。

如果需要不同的輸出電壓，請在OUT_、FB_和GND之間連接電阻分壓器。 確定電阻分壓器值的公式如下所示。

圖2.MAX16948穩(wěn)壓幻象電源。

電阻R1和R2（圖2）設置MAX16948的輸出電壓。選擇 R2 標準電阻 （R2_(STD)），小于或等于1kΩ。使用以下公式計算最佳R1值：_

其中 VCB：是穩(wěn)壓中反饋引腳上的電壓（標稱值為1V）。

曾經(jīng)是標準電阻2 R1_(STD)），即已選擇盡可能接近R1，典型輸出電壓為：_

考慮電阻（RTOL），輸出電壓的最小值和最大值為：

和

其中VFB_（MIN）為0.97V，VFB_（最大值）為1.03V（輸出電流范圍為5mA至150mA）。R1_（最小值）、R1_（最大值）、R2_（最小值）和R2_（最大值）分別是R1_和R2_的最小值和最大值：

如果標稱輸出電壓與所需輸出電壓相差太遠，則可以使用標準電阻的串聯(lián)或并聯(lián)組合來獲得最佳電阻分壓器。

用戶可以通過在MAX16948計算器的相應部分填寫所需的輸出電壓（V_外_）、R2的標準值以及這些電阻的容差。計算器確定最佳R1值后，在正確的單元格中插入標準值以估計V__外_范圍限制。否則，單擊“逐步”按鈕以引導計算器的LDO模式輸出電壓部分。

在 OUT_ 和 GND 之間將 1μF > 1μF 與 0.1μF 低 ESR （< 900mΩ） 電容器并聯(lián)，以實現(xiàn)穩(wěn)壓器穩(wěn)定性。這些電容器應盡可能靠近設備放置。利用具有 X7R 電介質的電容器，以確保在器件的工作溫度范圍內保持穩(wěn)定性。

與輸入電容類似，輸出電容可保護器件免受輸出中任何串聯(lián)電感引起的瞬變的影響。在任何情況下，OUT_的電壓都不應低于-0.3V，如數(shù)據(jù)手冊的絕對最大額定值部分所示。如果預計瞬變會低于地電位，則需要肖特基二極管作為箝位，尤其是在PCB上存在負載之前的輸出電感時。所選肖特基二極管的正向電壓必須低于0.3V，正向電流等于限流閾值。

限流閾值

MAX16948在LIM_引腳電壓達到V時限制OUT_輸出電流林閾值 （典型值為 2.5V）。來自LIM_的電流與來自OUT_的負載電流成正比，該負載電流由一個稱為電流檢測放大器（CSA）增益的因子組成。這樣，限流閾值I林_用 R 設置林_電阻器。

確定最佳 R林_使用以下等式的值：

其中ILIM_是所需的限流門限，VLIM（TYP）是LIM_引腳上的典型電壓門限，其中輸出電流受到限制（2.5V），A（TYP）是CSA增益的典型值（0.005mA/mA）。

選擇標準電阻值 （RLIM_(STD)） 盡可能接近 R林_.那么典型的限流閾值為：

考慮到不相關的容差，最差情況下的限流閾值范圍介于以下兩個等式之間：

和

其中VLIM_（最小值）為2.375V，VLIM_（最大值）為2.625V;A（MIN） 為 0.00485mA/mA，A（MAX） 為 0.00515mA/mA（典型輸出電流為 100mA）;RLIM_（MIN）和RLIM_（MAX）是基于RTOL值的RLIM_的最小值和最大值。

如果限流閾值范圍不合適，則可以使用標準電阻的串聯(lián)或并聯(lián)組合來獲得最佳范圍。

MAX16948計算器4通過選擇限流閾值范圍限值（ILIM_（TYP）、ILIM_（MIN）或ILIM_（MAX））來計算RLIM_的最佳值，從而幫助用戶選擇RLIM_電阻。這是通過選擇ILIM_（典型值）、ILIM_（最小值）或ILIM_（最大值）來完成的;相對限流閾值;以及對RLIM_的容忍度。計算器確定最佳RLIM_值后，在適當?shù)碾姵刂胁迦霕藴孰娮柚?，以估計ILIM_范圍限值。否則，請單擊“逐步”按鈕以引導計算器的電流限制閾值部分。

一個0.1μF補償電容（CLIM_）必須與RLIM_并聯(lián)放置，以便在限流環(huán)路中建立主極點。這樣可以保持穩(wěn)定性，并防止快速電流瞬變過早觸發(fā)電流限制（圖 3）。

圖3.MAX16948輸出電流限值

ADC輸入范圍和輸出電流檢測精度

MAX16948通過CSA增益從OUT_引腳提供與負載電流成比例的電流。流過 R 的電流意義_產(chǎn)生與輸出電流成比例的電壓。利用此功能，可以通過ADC對SENSE_引腳上的電壓進行采樣來監(jiān)控輸出電流。

ADC 滿量程輸入電壓 （VADCFS_） 使用 R 設置意義_.

確定最佳 R意義_使用以下等式的值：

其中ILIM_(TYP) 是上一節(jié)中計算的典型限流閾值，A（典型）是CSA增益的典型值（0.005mA/mA）。

選擇標準電阻值 （RSENSE_(STD)） 盡可能接近 R意義_.那么典型的ADC滿量程輸入電壓為：

考慮電阻（RTOL），ADC滿量程輸入電壓的最小值和最大值為：

和

其中VLIM_（最小值）為2.375V，VLIM_（最大值）為2.625V;RLIM_（MIN）和RLIM_（MAX）在上一節(jié)中計算;RSENSE_（MIN）和RSENSE_（MAX）是基于RTOL值的RSENSE_的最小值和最大值。

使用電子計算器5的輸出電流檢測部分，用戶可以在插入所需的ADC滿量程輸入電壓（VADCFS_）和RSENSE_容差后輕松確定RSENSE_值。計算器確定最佳RSENSE_值后，在相應的單元格中插入標準值以估計VADCFS_范圍限制。否則，單擊“逐步”按鈕以引導計算器的輸出電流檢測部分。

但是，在使用本節(jié)之前，有必要在計算器的限流閾值部分中確定ILIM_范圍限制。

將一個 0.1μF 電容 （CSENSE） 與 RSENSE_ 并聯(lián)放置，以在 ADC 采樣周期內保持電壓（圖 4）。

圖4.模數(shù)轉換器輸入范圍。

一旦用ADC測量了SENSE_引腳上的電壓（VADC_），輸出電流可以通過以下公式估算：

由于 R意義_容差和參數(shù)分布在CSA增益上，估計輸出電流可以在以下兩個公式之間變化：

和

將CSA增益值替換為100mA的典型輸出電流：

最后，ADC進行的電流測量精度為：

該參數(shù)也可以在計算器的輸出電流檢測部分的O.C.S.精度行中確定。

檢測開路負載和過流情況

除ADC采樣外，還可利用外部比較器和分路R檢測負載開路或過流情況意義_進入電阻分壓器（R3、R4 和 R5）（圖 5）。___

圖5.負載開路和過流檢測。

比較器的輸出（OC_和OL_）指示電路的工作狀態(tài)，如表1所示。

使用以下公式確定 R5 值：_

其中IOPEN-LOAD_ 是流過 LDO/開關的電流所需的開路負載閾值 VOL_，TH是比較器U2的開路負載電壓門限，A(TYP) 是CSA增益的典型值（0.005mA/mA）。計算出R5電阻值后，使用以下公式確定R4值：

其中IOVERCURRENT_，必須小于ILIM_(MIN)，是流過LDO/開關的電流所需的過流閾值;VOC_，TH是比較器U1的過流電壓門限;和A(TYP) 是CSA增益的典型值（0.005mA/mA）。

最后，計算 R3：_

R3 = R_意義_- R4 - R5__

考慮R3、R4和R5標準電阻(RTOL),，負載開路和過流閾值的最小值、典型值和最大值為：

其中 A（分鐘）為 0.00485mA/mA 和 A（最大）為0.00515mA/mA（典型輸出電流為100mA）;R4_(MIN), R4_(MAX), R5_(MIN), 和 R5_(MAX) 是基于 R4 和 R5 的RTOL。

用戶可以使用計算器的開路負載和過流檢測部分確定R4、R5和R6的值。使用計算器確定R4、R5和R6的最佳值后，在適當?shù)碾姵刂胁迦霕藴孰娮柚?，以估計IOPEN-LOAD_ h和 IOVERCURRENT_ 范圍限制。單擊“逐步”按鈕以引導計算器的“開路負載和過流檢測”部分。

在使用計算器的開路負載和過流檢測部分之前，有必要確定 R意義_輸出電流檢測部分中的值。

示例計算

對于這些示例計算，我們假設天線幻象電源應用，其中電源輸入電壓為5V，典型負載電流為100mA，最大限流閾值為120mA，輸出電流由3.3V輸入范圍ADC監(jiān)控。

假設MAX16948的IN引腳直接連接到電池，器件必須配置為LDO模式，以獲得5V的OUT_電壓。為此，必須確定由R1和R2組成的外部電阻分壓器的尺寸。為 R2 （R2____(STD）） 小于或等于 1kΩ 并計算 R1：_

R2_(STD) = 750Ω, RTOL = 1% (E96 Series)

從 E96 系列 中選擇標準R1_(STD)= 3010Ω），輸出電壓范圍為：

要獲得最大限流閾值（ILIM-(MAX)） 等于 120mA，RLIM_可以在重新排列后計算ILIM_(MAX) 方程：

從 E96 系列中選擇標準電阻器 （RLIM-（STD） = 4530Ω），限流閾值范圍為：

當ADC輸入范圍為3.3V時，計算最佳R意義_如下：

從 E96 系列中選擇標準電阻器 （RSENSE_(STD）= 6040O， R托爾= 1%），ADC滿量程輸入電壓范圍為：

VADCFS_(TYP) = RSENSE_(STD) × ILIM_(TYP) × A(TYP) = 6040Ω × 110.375mA × 0.005 = 3.333V

VADCFS_(MIN) = RSENSE_(MIN) × ILIM_(MIN) × A(MIN) = 5979.6Ω × 100.794mA × 0.00485 = 3.104V

VADCFS_(MAX) = RSENSE_(MAX) × ILIM_(MAX) × A(MAX) = 6100.4Ω × 120.685mA × 0.00515 = 3.571V

輸出電流監(jiān)控的精度如下：