LTC2927：灵活的单电源跟踪控制器，满足多样电源需求

在电子设备的设计中，电源管理至关重要，尤其是在需要对多个电源进行跟踪和排序的应用场景中。今天，我们就来深入了解一下 Linear Technology 公司的 LTC2927 单电源跟踪控制器，看看它是如何满足各种电源管理需求的。

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一、LTC2927 简介

LTC2927 是一款专为电源跟踪和排序需求设计的控制器，具有诸多出色的特性。它能够实现灵活的电源跟踪，支持电源的上升和下降跟踪，还具备电源排序功能，且不会影响电源的稳定性。其引脚数量少，无需串联 FET 就能控制单个电源，同时还能调节斜坡速率，并且提供电源关闭输出。该控制器有 8 引脚 ThinSOT 和 8 引脚（3mm × 2mm）DFN 两种封装形式，方便不同应用场景的选择。

1.1 特性亮点

• 灵活跟踪与排序：可根据需求对电源进行上升和下降跟踪，还能实现电源的排序，满足不同数字逻辑电路的要求。
• 不影响电源稳定性：通过开环方式控制电流，不会影响电源的瞬态响应和稳定性。
• 低引脚数设计：简化了电路设计，降低了成本和复杂度。
• 可调节斜坡速率：能够根据实际需求调整电源的上升和下降速率。
• 电源关闭输出：方便对电源进行控制和管理。

1.2 应用领域

LTC2927 适用于多种应用场景，如 (V{CORE}) 和 (V{I/O}) 电源跟踪、微处理器、DSP 和 FPGA 电源、多电源系统以及负载点电源等。

二、工作原理

LTC2927 的工作基于其独特的跟踪单元，该单元使用了专有的宽范围电流镜。通过选择几个电阻，可将电源配置为相对于其他电源或主信号以不同的斜坡速率、电压偏移或时间延迟进行上升和下降。

2.1 跟踪单元

跟踪单元将 TRACK 引脚伺服在 0.8V，TRACK 引脚提供的电流会在 FB 引脚进行镜像，从而在从电源的输出端建立电压。通过选择合适的 (R{TA}) 和 (R{TB}) 值，可以实现各种电源跟踪和排序的配置。

2.2 斜坡控制

ON 引脚的电压水平控制着 LTC2927 的跟踪方向。当 ON 引脚为高电平时，RAMP 引脚会有 10μA 的上拉电流，对外部电容充电；当 ON 引脚为低电平时，RAMP 引脚会有 10μA 的下拉电流，使外部电容相对于地放电。

2.3 斜坡缓冲器

RAMPBUF 引脚提供 RAMP 引脚电压的缓冲版本，能够驱动连接到 TRACK 引脚的电阻分压器，为电阻提供高达 2mA 的电流。

2.4 关闭输出

SDO 是一个开漏输出，用于控制从电源的关闭或 RUN/SS 引脚。当 (V_{CC}) 高于 2.5V 且 ON 引脚高于 1.23V 或 RAMP 高于 200mV 时，SDO 输出高电平；当 RAMP < 200mV 且 ON < 1.23V 时，SDO 输出低电平。

三、电气特性

LTC2927 的电气特性在不同的温度范围和工作条件下都有明确的规定。例如，其电源电压 (V{CC}) 的工作范围为 2.9V 至 5.5V，在不同的电流条件下，电源电流 (I{CC}) 也有所不同。此外，还有如 ON 引脚阈值电压、RAMP 引脚输入电流、RAMPBUF 输出电压等多项电气参数，这些参数为电路设计提供了重要的参考依据。

四、应用设计

4.1 3 步设计流程

为了实现不同的电源跟踪和排序配置，LTC2927 提供了一个 3 步设计流程：

1. 设置主信号的斜坡速率：根据所需的主电源斜坡速率 (S{M}) ，计算 RAMP 引脚电容 (C{RAMP}) 的值，公式为 (C{RAMP }=frac{I{RAMP }}{S{M}}) ，其中 (I{RAMP } approx 10 mu A) 。
2. 求解提供从电源所需斜坡速率的电阻对：选择从电源的斜坡速率 (S{S}) ，根据公式 (R{TB}=R{FB} cdot frac{S{M}}{S{S}}) 和 (R{TA}'=frac{V{TRACK}}{frac{V{FB}}{R{FB}}+frac{V{FB}}{R{FA}}-frac{V{TRACK}}{R{TB}}}) （其中 (V{TRACK } approx 0.8 V) ）计算电阻值。
3. 选择 (R_{TA}) 以获得所需的延迟：如果不需要延迟，直接设置 (R{TA}=R{TA}') ；如果需要延迟，根据公式 (R{TA}''=frac{V{TRACK} cdot R{TB}}{t{D} cdot S{M}}) 计算 (R{TA}'') ，然后 (R{TA}=R{TA}' | R_{TA}'') 。

4.2 应用示例

4.2.1 同步跟踪示例

在同步跟踪应用中，主信号为 3.3V 斜坡，从电源 1 为 1.8V 开关电源，从电源 2 为 2.5V 开关电源，两者都与 3.3V 主信号同步跟踪，斜坡速率为 100V/s。通过 3 步设计流程计算出 (C{RAMP }=0.1 mu F) ，(R{TB}=16.5 k Omega) ，(R{TA}'approx 13 k Omega) ，由于不需要延迟，所以 (R{TA}=R_{TA}') 。

4.2.2 比例跟踪示例

将同步跟踪示例转换为比例跟踪，主信号斜坡速率不变，从电源 1 以 60V/s 的速率上升，从电源 2 以 85V/s 的速率上升。通过计算得出 (R{TB}=27.4 k Omega) ，(R{TA}approx 10 k Omega) 。

4.2.3 偏移跟踪示例

在偏移跟踪中，从电源 1 比主信号低 1V 上升，斜坡速率仍为 100V/s。先将电压偏移转换为延迟 (t{D}=frac{V{0 S}}{S{S}}=frac{1 V}{100 V / s}=10 ms) ，再计算 (R{TA}''=frac{0.8 V cdot 16.5 k Omega}{10 ms cdot 100 V / s}=13.2 k Omega) ，最后得出 (R_{TA}=13.1 k Omega | 13.2 k Omega approx 6.65 k Omega) 。

4.2.4 电源排序示例

在电源排序应用中，主信号以 100V/s 的速率上升，从电源 1 在主信号开始上升 10ms 后以 1000V/s 的速率上升，从电源 2 在主信号开始上升 25ms 后以 1000V/s 的速率上升。通过计算得出 (C{RAMP }=0.1 mu F) ，(R{TB}=1.65 k Omega) ，(R{TA}=-2.13 k Omega) ，(R{TA}''=1.32 k Omega) ，(R_{TA}=-2.13 k Omega | 1.32 k Omega=3.48 k Omega) 。

五、设计检查与注意事项

5.1 最终合理性检查

在设计完成后，需要进行一些检查以确保设计的合理性。例如，从电源必须在主信号达到最终电压之前完成上升，可通过 (V{TRACK }left(1+frac{R{TB}}{R{TA }}right){MASTER }) 进行验证；同时要确保 (I{TRACK }<1 mA) 和 (I{RAMPBUF }< ±2mA) ，避免 LTC2927 提供超过电气特性表保证的电流。

5.2 ON 引脚电阻分压器检查

要确保 ON 引脚电压在最低可能电源电压值时高于 1.25V 最大阈值，以及在 ON 引脚高于 1.21V 最小阈值电压之前，电源电压高于 LTC2927 的最小工作电源电压 2.9V。

5.3 负载要求

当电源快速下降时，负载或电源本身必须能够吸收足够的电流以支持斜坡速率。如果负载电阻较弱且输出电容较大，电源的下降斜坡速率可能会受到负载和输出电容的 RC 时间常数限制。

5.4 启动延迟

电源在输入电源施加时可能不会立即启动，这可能会导致输出启动延迟，影响跟踪电路。可以通过减小从电源的软启动电容或在 ON 引脚的电阻分压器中加入电容来延迟上升。

5.5 布局考虑

在 PCB 布局时，要将 0.1μF 旁路电容尽可能靠近 LTC2927 的电源引脚放置。为了减少从电源输出的噪声，要尽量缩短 LTC2927 的 FB 引脚与从电源反馈节点之间的走线长度，并且不要将该走线靠近快速转换时间的信号。在某些情况下，可在从电源反馈节点附近串联一个电阻，但该电阻不能超过 (R{SERIES }=frac{1.5 V-V{FB}}{I{MAX}}=left(frac{1.5 V}{V{FB}}-1right)left(R{FA} | R{FB}right)) 。

六、相关产品

Linear Technology 公司还有一系列与电源管理相关的产品，如 LTC2920 电源裕度控制器、LTC2921/LTC2922 带输入监控的电源跟踪器、LTC2923 电源跟踪控制器等，这些产品可以根据不同的应用需求进行选择和搭配。

总的来说，LTC2927 是一款功能强大、应用灵活的电源跟踪控制器，通过合理的设计和应用，可以满足各种复杂的电源管理需求。各位工程师在实际设计中，不妨根据具体情况选择合适的参数和配置，充分发挥 LTC2927 的优势。你在电源管理设计中遇到过哪些难题呢？欢迎在评论区分享交流。