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基于AT切型石英谐振器实现车载雷达晶振电路的应用设计

电子设计 2021-06-10 16:50 次阅读

石英晶体振荡器已广泛应用于卫星通讯、雷达导航测控和广播电视系统等,特别是精密时频计量、精密频率综合器等电子仪器,皆有赖于高稳石英晶体振荡器提供精密的频标和时基,业已占居素有无线电“心脏”的重要地位。而对石英晶体振荡器的性能要求也越来越高,主要体现在老化特性、频率温度稳定度、频率准确度、电流电压及功耗、带负载能力、开机特性、压控范围和外型尺寸等因素上。

石英谐振器的选用

随着通信技术的飞速发展,整机对元器件提出了高精度、高稳定度和高可靠性等各种要求,高稳定晶振是指长期频率稳定度和短期频率稳定度都好的晶振,按用途的不同,对晶振长稳和短稳的要求会有所侧重,长稳较好就是晶振的频率老化率低,短稳较好的晶振实质上就是低噪声晶振,侧重于长稳的晶振和侧重于短稳的晶振,在石英谐振器的选用及晶振电路设计上都有所不同,长稳较好的晶振希望电路引入到谐振器的损耗尽可能小,即谐振器要有尽可能高的在线Q值[1],电路对环境温度和电流、电压的敏感度要尽可能低,短稳晶振则要求电路中的噪声尽可能低。石英谐振器根据切型不同分为AT切、SC切、BT切和FC切[2],前两者应用最多,AT切型的显著特点是谐振器的振荡频率与温度的关系呈近似的三次函数关系,因而它有零温度系数点,且零温度系数点大致落在大气环境温度范围内。因此,用AT切型谐振器做成的振荡器具有较好的频率温度特性,AT切型谐振器的缺点是存在较大的频率热过冲现象,这对短期频率稳定度要求较高的振荡器来说是很不利的,但对老化影响不大[3]。因此选用AT切型石英谐振器。

晶振电路设计

车载雷达用恒温石英晶体振荡器电路包括主振级、放大级、波形与频率变换,自动增益负反馈AGC及压控电路,其结构框图示于图1:

基于AT切型石英谐振器实现车载雷达晶振电路的应用设计

图1 晶振电路结构框图

若谐振器的频率与实际频率一致,则不需倍频变换,若输出需要正弦波,则不需波形变换。图2示出车载雷达用单层恒温压控石英晶体振荡器电路原理图。

图2 38.88MHz晶振电路原理图

其中石英晶体和晶体管T1构成的电路为柯尔匹兹主振电路。晶体管T2构成了阻容放大器,对振荡信号进行预放大。晶体管T3构成了单调谐放大器,进行输出放大,得正弦波信号。集成电路IC1可实现倍频和波形变换,主振频率为38.88MHz,已满足车载雷达用频率,因此,IC1仅作波形变换,得方波输出。二极管D1和D2构成的回路为自动增益负反馈。二极管D3、变容二极管CX、电组R1和R2构成了压控电路,电位器RX是用来实现手动调频。

恒温电路设计

高稳定度晶振都是恒温晶振,车载雷达用的38.88MHz晶振为二级钟,单层恒温槽即可满足其要求。控温电路采用具有零点漂移补偿性能的直流式温控电路,为了充分利用电源电压提供的功率,对槽体加热采用功率管管耗加热,而不是通常采用的电阻丝加热,避免了绕电阻丝的工艺麻烦。其温控电路原理图示于图3。

图3 恒温电路原理图

通电后,当恒温槽内温度上升尚未达到控制温度时,热敏电桥有较大的失衡输出电压,恒温槽处于最大加热功率状态。随着恒温槽内温度的上升,电桥失衡电压逐渐减小,当恒温槽加热至所需控制温度时,电桥保持一定的平衡输出电压,此电压经过运放F2直流电压放大后控制流过功率管的电流I,使I保持一定数值,它产生的热量等于在一定外界条件下恒温槽的耗损热量。当恒温槽温度发生变化时,则热敏电阻RT的数值也变化,从而改变电桥相对平衡输出电压。此电压放大后用以调整电流I,改变加热功率来补偿恒温槽内部温度的变化,从而使温度恒定。如:T ( ( RT ( ( V+ ( ( V0 ( ( I ( ( T (

在用集成运算放大器作为放大级时,常存在零点漂移,且被逐级放大,但由于从前级到后级放大器放大的倍数是逐级减少,所以在多级放大器中,零点漂移主要由第一级决定,为此在运放的输入端加上与输出端温漂大小相等、极性相反的电源来抵消温漂电压,这个电源由另一块同样工艺及参数的运放产生的温漂来提供,只要这块运放的闭环增益等于1,图4中运放F1的闭环增益等于1,两块运放F1和F2选用做在同一块硅片上的双运放158提供,其工作温度相同,制作工艺条件一样,所以它俩的温漂几乎相等,于是F2的总温漂很接近于零,这样通过补偿后的恒温电路的温度稳定度大大提高了。

结语

理论推导和实验证实:每级晶体管集电极电源必须接0.01(F电容去耗;恒温电路不要与振荡电路共电源,否则,槽体波动将干扰振荡电路;稳压部分应选用稳压二极管,而不用三端稳压器,因三端稳压器的温度特性比稳压管的温度特性差得多。

本车载雷达用恒温压控晶体振荡器要求体积小,外壳尺寸仅为50×50×20mm3,通过对恒温槽的结构合理设计、电路板巧妙布局、电路正确调试,完全满足用户要求,实测指标为:标称频率38.88MHz,电源电压12VDC(10%,最大电流350mA,预热三天测七天,老化特性优于(2E-8,在0℃_50℃内频率温度稳定度优于(5E-8,频率准确度优于(1E-7,压控范围不小于(4.6E-6/2.5V(2.5V,方波输出,能带10个TTL负载。

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NCP110 LDO稳压器 200 mA 低输入电压 超高PSRR

是一款线性稳压器,能够从1.1 V输入电压提供200 mA输出电流。 NCP110提供0.6 V至4.0 V的宽输出范围,极低的噪声和高PSRR,是高精度模拟和放大器的理想选择。 Wi-Fi应用。 该器件具有极低电压,低噪声,高PSRR和低静态电流的独特组合,采用创新的新架构。由于低静态电流,低输入电压和压差,NCP110非常适用于电池供电的连接设备,如智能手机,平板电脑和无线物联网模块。 该设备设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它采用超小型0.35P,0.65 mm x 0.65 mm芯片级封装(CSP)和XDFN4 0.65P,1 mm x 1 mm。 特性 优势 Low Vin 1.1 V 适用于电池供电设备 超低噪声8.8μV rms 非常适合噪声敏感应用 1 kHz时高PSRR 95 dB 非常适合功率敏感设备 低静态电流20μA 电池供电应用的理想选择 提供小型封装CSP4 0.65 x 0.65 mm& xDFN4 1 x 1 mm 适用于空间受限的应用程序 应用 终端产品 电池供电设备 无线和LAN设备 智能手机,平板电脑 数字相机 便携式医疗设备 RF,PLL,VCO和时钟电源 电池供电的物联网模块 智能手机 平板电...
发表于 07-30 06:02 309次 阅读
NCP110 LDO稳压器 200 mA 低输入电压 超高PSRR

NCP6360 用于射频功率放大器的迷你降压转换器

0是一款PWM同步降压DC-DC转换器,专为提供用于3G / 4G无线系统(移动/智能手机,平板,平板电脑......)的射频功率放大器(PA)而优化由单节锂离子电池供电。该器件能够提供高达800 mA的电流。输出电压可通过模拟控制引脚VCON从0.6 V至3.4 V进行监控。模拟控制允许在通信期间动态优化RF功率放大器的效率,例如在漫游情况下,有利于增加通话时间。此外,在轻负载时,为了优化DC-DC转换器效率,NCP6360自动进入PFM模式,工作在较慢的开关频率,对应于PWM模式下的静态电流降低,器件在开关时工作频率为6 MHz。同步整流可提高系统效率。 NCP6360采用节省空间的1.5 x 1.0 mm CSP-6封装。 特性 优势 输入电压2.7V至5.5V 适合单节电池供电应用 使用控制引脚VCON的可调输出电压(0.6V至3.4V) 适用于电源跟踪应用 6 MHz开关频率 小型电感器和外部元件 PFM / PWM自动模式更改 轻载,中载和重载时的高效率 低静态电流(典型值30μA) 低功率应用 嵌入式热保护 防止IC损坏 1.5 x1.0mm²/ 0.5 mm间距CSP封装 小空间应用程序...
发表于 07-30 05:02 415次 阅读
NCP6360 用于射频功率放大器的迷你降压转换器

NCP1592 同步降压稳压器 PWM 6.0 A 集成FET

2是一款低输入电压,6 A同步降压转换器,集成了30mΩ高侧和低侧MOSFET。 NCP1592专为空间敏感和高效应用而设计。主要特性包括:高性能电压误差放大器,欠压锁定电路,防止启动直到输入电压达到3 V,内部或外部可编程软启动电路,以限制浪涌电流,以及电源良好的输出监控信号。 NCP1592采用耐热增强型28引脚TSSOP封装。 特性 30mΩ,12 A峰值MOSFET开关,可在6 A连续输出源或接收器处实现高效率电流 可调节输出电压低至0.891 V,准确度为1.0% 宽PWM频率:固定350 kHz,550 kHz或可调280 kHz至700 kHz 应用 终端产品 低压,高密度分布式电源系统 FPGA 微处理器 ASICs 便携式计算机/笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 135次 阅读
NCP1592 同步降压稳压器 PWM 6.0 A 集成FET

NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

3是一款1.5 A降压稳压器IC,工作频率为340 kHz。该器件采用V 2 ™控制架构,提供无与伦比的瞬态响应,最佳的整体调节和最简单的环路补偿。 NCV8842可承受4.0 V至40 V的输入电压,并包含同步电路。片上NPN晶体管能够提供最小1.5 A的输出电流,并通过外部升压电容进行偏置,以确保饱和,从而最大限度地降低片内功耗。保护电路包括热关断,逐周期电流限制和频率折返短路保护。 特性 优势 V 2 ™控制架构 超快速瞬态响应,改进调节和简化设计 2.0%误差放大器参考电压容差 严格的输出调节 逐周期限流 限制开关和电感电流 开关频率短路时减少4:1 降低短路功耗 自举操作(BOOST) 提高效率并最大限度地降低片内功耗 与外部时钟同步(SYNC) 与外部时钟同步(SYNC) 1.0 A关闭静态电流 当SHDNB为最小时电流消耗最小化断言 热关机 保护IC免于过热 软启动 在启动期间降低浪涌电流并最大限度地减少输出过冲 无铅封装可用 应用 终端产品 汽车 工业 直流电源 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 01:02 144次 阅读
NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

NCP81255 用于IMVP8的单相稳压器

55是一款高性能,低偏置电流,单相稳压器,集成了功率MOSFET,旨在支持各种计算应用。该器件能够通过英特尔专有接口接口在可调输出上提供高达14 A的TDC输出电流。在高达1.2 MHz的高开关频率下工作允许采用小尺寸电感器和电容器。该控制器利用安森美半导体的专利高性能RPM操作。 RPM控制可最大化瞬态响应,同时允许不连续频率调节操作和连续模式全功率操作之间的平滑过渡。 NCP81255具有一个超低偏移电流监视放大器,具有可编程偏移补偿,用于高精度电流监视。 特性 优势 高电流状态下的自动DCM操作 效率更高 高性能RPM控制系统 更易于补偿 IMVP8英特尔专有接口支持 与英特尔CPU兼容 超低偏移IOUT监视器 准确性 动态VID前馈 可编程下垂增益 Ze ro Droop Capable 数字控制工作频率 这些设备无铅,无卤素/ BFR免费且符合RoHS标准 应用 工业嵌入式系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 00:02 295次 阅读
NCP81255 用于IMVP8的单相稳压器

NCV51411 降压转换器 低电压 1.5 A 26​​0 kHz 具有同步功能

11是一款1.5A降压稳压器IC,工作频率为260 kHz。该器件采用V2控制架构,提供无与伦比的瞬态响应,最佳的整体调节和简单的环路补偿。 NCV51411可承受4.5V至40V的输入电压,并包含一个与外部振荡器同步的输入。 NCV51411已通过汽车应用认证,也可作为CS51411商用级。 特性 优势 V2架构 提供超快速瞬态响应,改进调节和简化设计 2.0%误差放大器参考电压容差 准确的输出电压 开关频率下降短路条件下4:1 降低短路功耗 BOOST引​​脚为片上NPN powertransistor提供额外的驱动电压 允许自举操作最大限度地提高效率 同步功能 并行供电操作或噪音最小化 睡眠模式的关闭引脚 提供掉电选项(...
发表于 07-30 00:02 179次 阅读
NCV51411 降压转换器 低电压 1.5 A 26​​0 kHz 具有同步功能

SG3525A PWM控制器

A PWM控制器用于控制所有类型的开关电源,可提供更高的性能和更少的外部元件数量。片内+5.1 V基准电压调整为+/- 1%,误差放大器的输入共模电压范围包括参考电压,因此无需外部分压电阻。振荡器的同步输入使多个单元可以从属,或者单个单元与外部系统时钟同步。通过连接在CT和放电引脚之间的单个电阻可以编程大范围的死区时间。该器件还具有内置软启动电路,仅需外接定时电容。关断引脚控制软启动电路和输出级,通过脉冲关断的PWM锁存器提供瞬时关断,以及具有更长关断命令的软启动循环。当VCC低于标称值时,欠压锁定会禁止输出和软启动电容的变化。输出级采用图腾柱设计,能够吸收和输出超过200 mA的电流。 SG3525A的输出级具有NOR逻辑,导致关闭状态的低输出。 特性 8.0 V至35 V操作 5.1 V +/- 1.0%修剪参考 100 Hz至400 kHz振荡器范围 单独的振荡器同步引脚 可调节死区时间控制 输入欠压锁定 锁存PWM以防止多个脉冲 逐脉冲关机 双源/灌电流输出:+/- 400 mA峰值 无铅封装可用* 应用 半桥 推拉式 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 21:02 926次 阅读
SG3525A PWM控制器

NCP81248 用于IMVP8的三轨降压控制器

48包含一个两相和两个单相降压控制器,针对Intel IMVP8兼容CPU进行了优化。两相控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位为IMVP8 CPU提供精确调节的电源。两个单相控制器利用安森美半导体的高性能RPM操作。 RPM控制最大限度地提供响应,同时允许在连续频率缩放操作和连续模式全功率操作之间进行平滑过渡。单相导轨具有低偏移电流监测放大器,具有可编程偏移补偿,用于高精度电流监测。 特性 Vin范围4.5 V至25 V 在避免虚假OVP的情况下启动预充电负载 可调节Vboot(导轨3除外) 高阻抗差分输出电压放大器 动态参考注入 可编程输出电压摆率 动态VID前馈 每相差分电流检测放大器 开关频率范围200 kHz - 1.2 MHz 数字化稳定的开关频率 应用 嵌入式系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 20:02 218次 阅读
NCP81248 用于IMVP8的三轨降压控制器

NCP81245 三轨输出控制器 兼容IMVP8

45是一款3轨多相降压解决方案,针对Intel IMVP8兼容CPU进行了优化,用户配置为3/2/1 + 3/2/1 + 1相,包括选项4/3/2 / 1 + 2/1 + 1.该控制器结合了真正的差分电压检测,电感器DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为笔记本电脑应用提供精确的稳压电源。多相轨控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)和DCR电流检测,以降低的系统成本提供对动态负载事件的最快初始响应。单相控制器可用于SA或GTUS导轨。它利用了安森美半导体的专利高性能RPM操作。 RPM控制可最大化瞬态响应,同时允许不连续频率缩放操作和连续模式全功率操作之间的平滑过渡。单相轨道具有超低偏移电流监视放大器,具有可编程偏移补偿,可实现超高精度电流监视。 特性 优势 多阶段计数配置 灵活的用户可配置选项允许一部分匹配所有功能 与Drmos或离散驱动程序兼容 使用Drmos或Discrete解决方案的灵活选项每个阶段 动态参考注射® 支持全MLCC输出电容 精确的总电流求和放大器 自动相位脱落 开关频率300kHz至1.2MHz 应用 嵌入式系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 20:02 312次 阅读
NCP81245 三轨输出控制器 兼容IMVP8

NCP81241 具有SVID接口的单相控制器 适用于台式机和笔记本CPU应用

41单相降压解决方案针对兼容Intel VR12.1的CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。单相控制器使用DCR电流检测,以降低的系统成本为动态负载事件提供最快的初始响应。 特性 优势 开关频率范围250 kHz - 1.2 MHz 引脚可编程 VIN范围4.5V-25V 涵盖桌面和笔记本应用程序 启动进入预充电负载 避免错误OVP 高性能操作误差放大器 数字软启动斜坡 应用 终端产品 CPU功率 笔记本电脑 台式电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 19:02 206次 阅读
NCP81241 具有SVID接口的单相控制器 适用于台式机和笔记本CPU应用

NCP81610 采用PWM_VID和I2C接口优化的多相同步控制器 适用于新一代计算和图形处理器

10是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件可驱动多达8个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位开启,动态相位减小或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 特性 优势 符合NVIDIA OVR4i +规格 GPU Vcor​​e规范合规性 支持最多8个阶段 支持高相位数和大电流 2.8 V至20 V电源电压范围: 宽线路输入电压范围 250 kHz至1.2 MHz开关频率(8相) 宽工作频率范围 欠压保护(UVP) 过压保护(OVP) 每相过流限制(OCL) 系统过流保护(OCP) 在避免虚假OVP的情况下启动预充电负载 可配置载重线 每相的真差分电流平衡检测放大器 相间动态电流平衡 电流模式双边沿调制,用于快速初始响应瞬态负载 宝保存接口(PSI) 自动阶段使用用户...
发表于 07-29 18:02 475次 阅读
NCP81610 采用PWM_VID和I2C接口优化的多相同步控制器 适用于新一代计算和图形处理器

NCP6151 VR12 2相 3相 4相CPU控制器+ 1相GPU控制器

1 / NCP6151A双输出四加一相降压解决方案针对Intel VR12兼容CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。该控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)和DCR电流检测,可提供对动态负载事件的最快初始响应并降低系统成本。在轻负载运行期间它也会脱落到单相,并且可以在轻负载时自动进行频率调整,同时保持良好的瞬态性能。 特性 符合英特尔VR12 / IMVP7规范 电流模式双边沿调制,用于瞬态加载的最快初始响应 双高性能操作误差放大器 两个轨道的一个数字软启动斜坡 应用 台式机和笔记本电脑处理器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 348次 阅读
NCP6151 VR12 2相 3相 4相CPU控制器+ 1相GPU控制器

NCP6131 IMVP7 1,2,3相CPU控制器+单相GPU控制器

1S / NCP6151SA / NCP6131S / NCP6131SA双输出四加一相降压解决方案针对Intel VR12兼容CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)与DCR电流检测相结合,可提供对动态负载事件的最快初始响应并降低系统成本。在轻负载运行期间它也会脱落到单相,并且可以在轻负载时自动进行频率调整,同时保持良好的瞬态性能。 特性 符合英特尔VR12 / IMVP7规范 电流模式双边沿调制,用于瞬态加载的最快初始响应 双高性能操作误差放大器 两个轨道的一个数字软启动斜坡 应用 台式机和笔记本电脑处理器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 458次 阅读
NCP6131 IMVP7 1,2,3相CPU控制器+单相GPU控制器

NCP81142 VR多相控制器

42多相降压解决方案针对具有用户可配置4/3/2/1相位的Intel VR12.5兼容CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。该控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)与DCR电流检测相结合,以降低的系统成本提供对动态负载事件的最快初始响应。它具有在轻负载运行期间脱落到单相的能力,并且可以在轻负载条件下自动调频,同时保持优异的瞬态性能。提供高性能操作误差放大器以简化系统的补偿。获得专利的动态参考注入无需在闭环瞬态响应和动态VID性能之间进行折衷,从而进一步简化了环路补偿。获得专利的总电流求和提供高精度的数字电流监控。 应用 终端产品 基于工业CPU的应用程序 信息娱乐,移动,自动化,医疗和安全 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 209次 阅读
NCP81142 VR多相控制器

NCP1579 低电压同步降压控制器

9是一款低成本PWM控制器,采用5V或12V电源供电。这些器件能够产生低至0.8V的输出电压。这些8引脚器件提供最佳集成度,以减小电源的尺寸和成本。 NCP1579提供1A栅极驱动器设计和内部设置的275kHz振荡器。栅极驱动器的其他效率增强特征包括自适应非重叠电路。 NCP1579还集成了外部补偿误差放大器和电容可编程软启动功能。保护功能包括可编程短路保护和欠压锁定。 特性 优势 输入电压范围4.5至13.2V 多功能性 电压模式PWM控制 易用性 0.8V +/- 2.0%内部参考电压 增强绩效 可调输出电压 多功能性 电容可编程软启动 易用性 内部1A门驱动器 增强性能 可编程电流限制 易用性 应用 终端产品 STB Blue-Ray DVD 液晶电视 DSP和FPGA电源 DC-DC稳压器模块 STB 蓝光DVD 液晶电视 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 405次 阅读
NCP1579 低电压同步降压控制器

NCP3012 同步PWM控制器

2是一款PWM器件,设计用于宽输入范围,能够产生低至0.8V的输出电压。 NCP3012提供集成栅极驱动器和内部设置的75kHz振荡器,能够与外部频率同步。 NCP3012具有外部补偿跨导误差放大器,内部固定软启动。 NCP3012将输出电压监控与电源良好引脚相结合,以指示系统处于稳压状态。双功能SYNC引脚使器件与更高频率(从模式)同步,或输出180度异相时钟信号以驱动另一个NCP3012(主模式)。保护功能包括无损耗电流限制和短路保护,输出过压和欠压保护以及输入欠压锁定。 NCP3012采用14引脚TSSOP封装。非常适合需要电源干扰最小的噪声敏感应用。 (医疗,网络等) 特性 优势 输入电压范围为4.7 V至28 V 能够运行各种输入电压 75 kHz操作 效率高 0.8 V +/- 1%参考电压 准确的系统调节 缓冲外部+1.25 V参考 附加调节1 mA输出以供额外使用 电流限制和短路保护 系统级保护 PowerGood输出引脚 电源排序功能 启用/禁用引脚 电源排序功能 输入和输出电压保护 增强的系统级保护 外部同步 能够同步到更高频率或180°异相 应用...
发表于 07-29 17:02 242次 阅读
NCP3012 同步PWM控制器