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摘要：本應用筆記幫助系統設計者在使用MAX16948雙通道遠端天線LDO/開關時選擇正確的外部元件，確保車載穩壓幻象天線電源和輸出電流監測電路滿足性能指標。本文提供電子計算器，幫助限定MAX16948的關鍵外部元件，縮短設計時間。計算器也確定器件的模擬輸出電壓、輸出限流門限，以及輸出電流檢測精度。計算器包括新的自動逐步向導功能，幫助設計者選擇元件。為使用新自動功能，點擊相應部分的Step By Step按鈕。
引言
MAX16948是一款雙通道、高電壓、低壓差線性穩壓器(LDO)/開關，帶有輸出電流檢測功能。器件通過同軸電纜為汽車系統中的遠端射頻(RF)低噪聲放大器(LNA)提供幻象電源，每通道的最大電流達300mA。MAX16948設計工作在4.5V至28V的輸入電壓范圍(45V拋負載容限)。
器件提供8.5V固定穩壓輸出電壓或1V至12V可調穩壓輸出電壓(LDO模式)。器件也可以配置為開關(SW模式)。
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，這些故障條件期間，閉鎖內部LDO/開關。MAX16948包括兩路獨立的低電平有效、高壓兼容關斷輸入(SHDN_)，可以將每通道置于低功耗關斷模式，以及將兩路低電平有效開漏錯誤報警輸出(ERR_)。
MAX16948的外部元件
圖1所示為MAX16948的典型應用電路。主要外部元件及其功能如下：
- R1_和R2_設置器件處于輸出電壓可調的LDO模式時的穩壓輸出電壓。
- RLIM_設置限流門限。
- RSENSE確定ADC滿幅輸入電壓和輸出電流檢測精度。
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圖1. MAX16948典型應用電路。
利用這些外部元件，用戶很容易針對具體應用配置MAX16948。還需要其它外部元件，將在下文中討論。
輸入電容
在IN和GND之間并聯電解電容和低ESR陶瓷電容，以限制瞬時輸出短路條件期間的輸入電壓降，以及防止器件受到IN線上電感引起的瞬態損害。例如，如果估算輸入電感(包括任何雜散電感)為20μH，使用至少0.1μF陶瓷電容與至少10μF電解電容并聯。
MAX16948的工作輸入電壓接近于輸出電壓時，例如處于壓差下的SW工作模式或LDO模式，必須小心謹慎，避免在對地短路故障時發生錯誤的反向電流檢測。如果兩路通道均已使能，其中一路在啟動后對地短路，從CIN吸收的電流可能會造成輸入電壓短時跌落，這可能會觸發反向電流檢測故障。這種錯誤故障檢測在低輸出電流(小于80mA)時更為嚴重。為避免這種錯誤觸發事件，采用至少100μF的輸入電解電容。
LDO模式輸出電壓
LDO模式下使用時，器件的每個通道可配置為提供8.5V固定輸出或1V至12V可調輸出電壓。通過將FB_引腳連接至REG，將輸出電壓設置為8.5V。該模式下，由于無需考慮外部電阻的容限，所以輸出電壓精度較高。
需要不同輸出電壓時，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。
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圖2. MAX16948穩壓幻象電源。
電阻R1_和R2_ (圖2)設置MAX16948的輸出電壓。選擇小于或等于1kΩ的R2_標準電阻(R2_(STD))。利用下式計算最優的R1_值：
式中，VFB_為調節范圍內的反饋引腳電壓(標稱值為1V)。
選定盡量接近R1_的標準電阻2R1_(STD))后，典型輸出電壓為：
考慮到電阻容差(RTOL)，輸出電壓的最小和最大值為：
及
式中，VFB_(MIN)為0.97V，VFB_(MAX)為1.03V (輸出電流范圍為5mA至150mA)。R1_(MIN)、R1_(MAX)、R2_(MIN)和R2_(MAX)分別為R1_和R2_的最小值和最大值：
如果標稱輸出電壓相對于預期輸出電壓的偏離太大，可采用標準電阻的串聯或并聯組合，實現最優電阻分壓器。
將預期輸出電壓(VOUT_)、R2_的標準值及這些電阻的容差填入MAX16948計算器的對應部分，用戶很容易確定R1_的值。計算器確定最優R1_值后，在相應單元中插入標準值，以估算VOUT_范圍限值。或者，點擊Step By Step按鈕，由計算器逐步引導完成LDO模式輸出電壓部分。
在OUT_和GND之間連接大于> 1μF的電容與0.1μF低ESR (< 900mΩ)電容并聯，實現穩壓器穩定性。這些電容應盡量靠近器件。使用電介質為X7R的電容，以確保器件的整個工作溫度范圍內的穩定性。
與輸入電容的方式相似，輸出電容保護器件不受輸出中任何串聯電感引起的瞬態損害。在任何條件下，OUT_上的電壓都不應低于-0.3V，如數據資料中Absolute Maximum Ratings部分規定。如果預計瞬態會低于地，需要肖特基二極管作箝位，尤其PCB上在負載之前有輸出電感時。所選肖特基二極管的正向偏壓必須小于0.3V，正向電流等于限流門限。3
限流門限
LIM_引腳電壓達到VLIM門限(典型值為2.5V)時，MAX16948限制OUT_的輸出電流。從LIM_源出的電流與從OUT_源出的負載電流成比例，比例因子稱為電流檢測放大器(CSA)增益。這種方式下，限流門限ILIM_由電阻RLIM_設置。
利用下式確定最優RLIM_值：
式中，ILIM_為預期限流門限，VLIM(TYP)為限制輸出電流時LIM_引腳上的典型電壓門限(2.5V)，A(TYP)為CSA增益典型值(0.005mA/mA)。
選擇標準電阻值(RLIM_(STD))，盡量接近RLIM_。那么典型限流門限為：
考慮到容差不相關性，最壞情況限流門限范圍介于以下兩個公式之間：
及
式中，VLIM_(MIN)為2.375V，VLIM_(MAX)為2.625V；A(MIN)為0.00485mA/mA，A(MAX)為0.00515mA/mA (典型輸出電流100mA)；RLIM_(MIN)和RLIM_(MAX)為RLIM_的最小和最大值，基于RTOL的值。
如果限流門限范圍不合適，可采用標準電阻的串聯或并聯組合，獲得最優范圍。
MAX16948計算器4通過選擇限流門限范圍限值(ILIM_(TYP)、ILIM_(MIN)或ILIM_(MAX))，計算RLIM_的最優值，幫助用戶選擇RLIM_電阻。通過選擇ILIM_(TYP)、ILIM_(MIN)或ILIM_(MAX)，以及相對限流門限值和RLIM_容限，實現以上目的。計算器確定最優RLIM_值后，在相應單元中插入標準電阻值，以估算ILIM_范圍限值。或者，點擊Step By Step按鈕，由計算器逐步引導完成限流門限部分。
必須將0.1μF補償電容(CLIM__)與RLIM_并聯，以在限流環路中建立主導極點。這樣可維持穩定性，并防止快速電流瞬態過早觸發限流(圖3)。
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圖3. MAX16948輸出限流。
ADC輸入范圍和輸出電流檢測精度
MAX16948源出的電流與OUT_引腳上的負載電流成比例，比例因子為CSA增益。該電流通過RSENSE_，產生與輸出電流成比例的電壓。利用這一特性，就可能利用ADC采樣SENSE_引腳上的電壓，從而監測輸出電流。
ADC滿幅輸入電壓(VADCFS_)由RSENSE_設置。
利用下式確定最優RSENSE_值：
式中，ILIM_(TYP)為之前部分計算的典型限流門限，A(TYP)為CSA增益典型值(0.005mA/mA)。
選擇標準電阻值(RSENSE_(STD))，盡量接近RSENSE_。那么典型ADC滿幅輸入電壓為：
考慮到電阻容差(RTOL)，ADC滿幅輸入范圍的最小和最大值為：
及
式中，VLIM_(MIN)為2.375V，VLIM_(MAX)為2.625V；RLIM_(MIN)和RLIM_(MAX)已在之前部分計算得到；RSENSE_(MIN)和RSENSE_(MAX)的最小和最大值，基于RTOL值。
利用電子計算器5的輸出電流檢測部分，用戶在插入相應的ADC滿幅輸入電壓(VADCFS_)和RSENSE_的容差后，很容易確定RSENSE_值。計算器確定最優RSENSE_值后，在相應單元中插入標準值，以估算VADCFS_范圍限值。或者，點擊Step By Step按鈕，由計算器逐步引導完成輸出電流檢測部分。
然而，使用該部分之前，需要在計算器的限流門限部分確定ILIM_范圍限值。
應將0.1μF電容(CSENSE)與RSENSE_并聯，以在ADC采樣循環期間保持電壓(圖4)。
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圖4. ADC輸入范圍。
利用ADC (VADC_)測得SENSE_引腳上的電壓后，可用下式估算輸出電流：
由于RSENSE_容限和CSA增益參數值離散，估算的輸出電流值會在以下兩個公式之間變化：
及
用100mA典型輸出電流代替CSA增益值：
最終，ADC測量電流的精度為：
也可在計算器的輸出電流檢測部分的O.C.S精度行中確定該參數。
負載開路和過流條件檢測
除ADC采樣外，通過使用外部比較器以及將RSENSE_分成電阻分壓器(R3_、R4_和R5_) (圖5)，可檢測負載開路或過流條件。
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圖5. 負載開路和過流檢測電路。
比較器的輸出(OC_和OL_)表示電路的工作狀態，如表1所示。
| 表1.電路工作狀態 | ||
| OC | OL | State |
| 0 | 0 | Normal Operation |
| 0 | 1 | Open-Load Condition |
| 1 | 0 | Overcurrent Condition |
| 1 | 1 | Invalid State |
利用下式確定R5_值：
式中，IOPEN-LOAD_為通過LDO/開關的預期負載開路電流門限，VOL_,TH為比較器U2_的負載開路電壓門限，A(TYP)為CSA增益典型值(0.005mA/mA)。計算得到R5_電阻值后，利用下式確定R4_值：
式中，IOVERCURRENT_為通過LDO/開關的預期過流門限，必須小于ILIM_(MIN)；VOC_,TH為比較器U1_的過流電壓門限；A(TYP)為CSA增益典型值(0.005mA/mA)。
最后，計算R3_：
R3_ = RSENSE_ - R4_ - R5_
考慮到R3_、R4_和R5_標準電阻的容差(RTOL)，負載開路和過流門限的最小、典型和最大值為：
式中，A(MIN)為0.00485mA/mA，A(MAX)為0.00515mA/mA (典型輸出電流100mA)；R4_(MIN)、R4_(MAX)、R5_(MIN)和R5_(MAX)分別為R4_和R5_的最小和最大值，基于RTOL容限。
用戶可利用計算器6的負載開路和過流檢測部分確定R4_、R5_和R6_的值。插入IOPEN-LOAD_ (IOL_)、IOVERCURRENT_ (IOC_)、VOL_,TH、VOC_,TH和電阻容限。利用計算器確定R4_、R5_和R6_的最優值后，在相應單元中插入標準電阻值，以估算IOPEN-LOAD_和IOVERCURRENT_范圍限值。點擊Step By Step按鈕，由計算器逐步引導完成負載開路和過流檢測部分。
使用計算器的負載開路和過流檢測部分之前，需要在輸出電流檢測部分確定RSENSE_。
計算示例
這些計算例子中，我們假設天線幻象電源應用，電源輸入電壓為5V，典型負載電流為100mA，最大限流門限值為120mA，采用3.3V輸入范圍ADC來監測輸出電流。
假設MAX16948的IN引腳直接連接至電池，器件必須配置為LDO模式，以獲得5V OUT_電壓。為此，必須確定R1_和R2_組成的外部電阻分壓器。為R2_ (R2_(STD))選擇小于或等于1kΩ的標準值，然后計算R1_：
R2_(STD) = 750Ω, RTOL = 1% (E96 Series)
從E96系列中選擇標準電阻(R1_(STD) = 3010Ω)，輸出電壓范圍為：
為使最大限流門限(ILIM_(MAX))等于120mA，可重新整理ILIM_(MAX)公式后計算RLIM_：
從E96系列中選擇標準電阻(RLIM_(STD) = 4530Ω)，限流門限范圍為：
ADC輸入范圍為3.3V時，計算最優RSENSE_如下：
從E96系列選擇標準電阻(RSENSE_(STD) = 6040O, RTOL = 1%)，ADC滿幅輸入電壓范圍為：
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
那么輸出電流監測的精度為：
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