深入解析 LTC1928 - 5：低噪声电荷泵稳压器的卓越之选

在电子设备的设计中，为噪声敏感型器件提供稳定、低噪声的电源是一项关键挑战。LTC1928 - 5 作为一款具有内部低噪声、低压差（LDO）线性稳压器的倍压电荷泵，为解决这一问题提供了出色的解决方案。本文将深入探讨 LTC1928 - 5 的特性、应用、工作原理及设计要点。

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一、LTC1928 - 5 的特性亮点

低噪声输出

LTC1928 - 5 在 100kHz 带宽下的输出噪声低至 (90 mu V_{RMS})，这一特性使其非常适合为对噪声敏感的设备供电，如无线应用中的高频压控振荡器（VCO）。

宽输入电压范围

其输入电压范围为 2.7V 至 4.4V，能够适应多种电源环境，增加了应用的灵活性。

无需电感

采用开关电容电荷泵设计，无需使用电感，仅需小型陶瓷电容即可工作，有效减少了 PCB 面积和成本。

高输出电流能力

能够提供高达 30mA 的输出电流，满足大多数低功耗设备的供电需求。

低功耗

在工作状态下，工作电流仅为 190µA，关机状态下电流低至 4µA，有助于延长电池供电设备的续航时间。

保护功能完善

具备内部热关断和电流限制功能，可有效防止芯片因过热或过流而损坏，提高了系统的可靠性。

小尺寸封装

采用 1mm 薄型 ThinSOT™ 封装，适合对空间要求较高的便携式应用。

二、应用领域广泛

LTC1928 - 5 的优异特性使其在众多领域得到广泛应用，包括但不限于：

• 无线通信设备：如手机的 VCO 电源、双向寻呼机、无线 PCMCIA 卡等。
• 医疗仪器：便携式医疗仪器对电源的稳定性和低噪声要求较高，LTC1928 - 5 能够满足这些需求。
• 数据采集系统：在低功耗数据采集应用中，可提供稳定的电源。
• 远程发射器：为远程发射器提供可靠的电源支持。
• LED 驱动：可用于白色 LED 驱动和 GaAs 开关等。

三、工作原理剖析

LTC1928 - 5 的核心是一个开关电容电荷泵，通过该电荷泵将输入电压 (V{IN})（2.7V 至 4.4V）转换为约 2(V{IN}) 的 CPO 电压。CPO 电压为内部低压差线性稳压器供电，从而在 (V_{OUT}) 端提供稳定的 5V 输出。

内部比较器用于检测 CPO 和 (V_{IN}) 电压，以进行上电条件判断。通过检测输出电流来确定电荷泵的工作模式。内部经过微调的带隙基准作为电压参考，微调后的振荡器控制电荷泵开关。

电荷泵采用倍压配置，使用一个外部飞跨电容。启动时，LDO 被禁用，负载与 CPO 断开。当 CPO 达到 1.75(V{IN}) 时，LDO 启用；若 CPO 低于 1.45(V{IN})，LDO 将被禁用。通常情况下，电荷泵以连续时钟的开环模式运行，以实现低噪声。当 CPO 大于 1.95(V{IN}) 且输出电流 (I{OUT}) 小于 200µA 时，电荷泵将进入突发模式（Burst Mode）以提高效率，但会产生稍高的输出噪声。

四、设计要点与注意事项

最大输出电流计算

最大可用输出电流可根据开路 CPO 电压、LDO 的压差和电荷泵的有效输出电阻计算得出。例如，当 (V{IN}=3V)，(V{OUT}=5V)，(R{CPO}=30 Omega) 时，最大输出电流为 30mA。同时，需确保 (V{CPO}) 大于 1.45(V_{IN})，以保证 LDO 正常工作。

外部 CPO 负载

CPO 输出可驱动外部负载，但会减少 (V{OUT}) 端的可用电流。若外部负载需要 1mA 电流，(V{OUT}) 端的可用电流将相应减少 1mA。

短路和热保护

(V_{OUT}) 可无限期短路到地，内部电路会限制输出电流。当结温超过 150°C 时，芯片将自动关机；当结温降至 140°C 以下时，芯片将重新启用。

电容选择

为了获得最佳性能，建议使用低 ESR 陶瓷电容以减少噪声和纹波。(C{OUT}) 必须大于等于 2µF，(C{CPO}) 应等于或大于 (C{OUT})，(C{IN}) 应大于等于 2µF。飞跨电容 (C_{FLY}) 推荐使用 0.47µF 的低 ESR 陶瓷电容。

关机功能

当 (CN / overline{SHDN}=0V) 时，芯片进入关机状态，电源电流小于 8µA，(V_{OUT}) 通过 160Ω 开关短路到地。关机通过内部对 CN/SHDN 引脚进行低电压采样实现，采样时间间隔约为 30µs。

热考虑

芯片的功率处理能力受最大额定结温（125°C）限制。为了优化散热性能，可将 GND 引脚连接到 PCB 上的大面积铜区作为散热片，并确保芯片周围有一定的气流。

布局考虑

由于芯片的开关频率高、瞬态电流大，因此需要精心设计 PCB 布局。使用接地层和短连接的电容可以改善噪声性能并确保正常稳压。

五、总结

LTC1928 - 5 以其低噪声、宽输入电压范围、高输出电流能力和完善的保护功能，成为为噪声敏感型设备供电的理想选择。在设计过程中，合理选择电容、考虑热管理和 PCB 布局等因素，能够充分发挥其性能优势，为电子设备提供稳定、可靠的电源解决方案。你在使用 LTC1928 - 5 或类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。