为汽车双远程天线电流检测LDO/开关选择外部元件

本应用笔记可帮助系统设计人员选择正确的外部元件，与max16948双路远端天线ldo/开关配合使用，从而确保汽车调节幻象天线电源和输出电流监测电路满足性能目标。该器件提供电子计算器，有助于指定max16948的关键外部元件，从而缩短设计时间。该计算器还可确定器件的模拟输出电压、输出限流门限和输出电流检测精度。该计算器包括新的自动分步功能，可帮助设计人员选择组件。要使用新的自动功能，请单击相对于所需部分的“分步”按钮。
介绍
max16948为双路高压低压差线性稳压器（ldo）/开关，具有输出电流检测功能。该器件通过同轴电缆向汽车系统中的远程射频（rf）低噪声放大器（lna）提供幻象电源，每通道最大电流为 300ma。max16948设计工作在4.5v至28v （45v负载容限）。
该器件提供 8.5v 的固定稳压输出电压或 1v 至 12v 的可调稳压输出电压（ldo 模式）。该设备也可以配置为交换机（sw 模式）。
max16948监测每个通道的负载电流，并提供两个与检测输出电流成比例的模拟输出电流（来自sense_¹引脚）。精确的内部可调电流限值可保护输入电源免受过流和短路情况的影响。
该器件具有电池短路保护、反向电流检测、输入过压和热过载关断功能，可在这些故障条件下锁断内部 ldo/开关。max16948包括两个独立的/、高电平有效、兼容高压的关断输入（/shdn_），用于将每个通道置于低功耗关断模式，以及两个低电平有效漏极开路误差输出（/err_）。
max16948的外部元件
图1所示为max16948的典型应用电路。主要的外部组件及其功能如下：
r1和r2在器件处于ldo模式时设置稳定的输出电压，输出电压可调。__
r林_设置电流限制阈值。
r意义确定adc满量程输入电压和输出电流检测精度。
图1.max16948典型应用电路
利用这些外部元件，用户可以轻松配置max16948，使其正常工作。其他外部组件是必需的。下文将讨论它们。
输入电容器
从in和gnd连接一个并联电解电容器和一个低esr陶瓷电容器，以限制瞬时输出短路条件下的输入压降，并保护器件免受in线路电感引起的瞬变的影响。例如，如果输入电感（包括任何杂散电感）估计为20μh，则至少使用一个0.1μf陶瓷电容器和一个至少一个10μf电解电容器。
当max16948工作在接近输出电压的输入电压下时，如sw模式工作或ldo模式压差，必须注意避免在发生短路对地故障时进行错误的反向电流检测。如果两个通道都使能，并且一个通道在启动后短路至地，则从c汲取的电流在可能导致输入电压暂时下降，从而可能触发反向电流检测故障。这种错误故障检测的发生在低输出电流（低于80ma）时更加突出。为避免这种误触发事件，请使用至少100μf的输入电解电容。
ldo模式输出电压
在ldo模式下使用时，该器件可配置为为两个通道中的每一个提供固定的8.5v输出或可调的1v至12v输出电压。通过将fb_引脚连接到reg，输出电压可设置为8.5v。在这种模式下，由于不需要考虑外部电阻的容差，因此可以实现更高的输出电压精度。
如果需要不同的输出电压，请在out_、fb_和gnd之间连接电阻分压器。确定电阻分压器值的公式如下所示。
图2.max16948稳压幻象电源。
电阻r1和r2（图2）设置max16948的输出电压。选择 r2 标准电阻（r2_(std)），小于或等于1kω。使用以下公式计算最佳r1值：_
其中 vcb：是稳压中反馈引脚上的电压（标称值为1v）。
曾经是标准电阻² r1_(std)），即已选择尽可能接近r1，典型输出电压为：_
考虑电阻（rtol），输出电压的最小值和最大值为：
和
其中vfb_（min）为0.97v，vfb_（最大值）为1.03v（输出电流范围为5ma至150ma）。r1_（最小值）、r1_（最大值）、r2_（最小值）和r2_（最大值）分别是r1_和r2_的最小值和最大值：
如果标称输出电压与所需输出电压相差太远，则可以使用标准电阻的串联或并联组合来获得最佳电阻分压器。
用户可以通过在max16948计算器的相应部分填写所需的输出电压（v_外_）、r2的标准值以及这些电阻的容差。计算器确定最佳r1值后，在正确的单元格中插入标准值以估计v__外_范围限制。否则，单击“逐步”按钮以引导计算器的ldo模式输出电压部分。
在 out_ 和 gnd 之间将 1μf > 1μf 与 0.1μf 低 esr （< 900mω）电容器并联，以实现稳压器稳定性。这些电容器应尽可能靠近设备放置。利用具有 x7r 电介质的电容器，以确保在器件的工作温度范围内保持稳定性。
与输入电容类似，输出电容可保护器件免受输出中任何串联电感引起的瞬变的影响。在任何情况下，out_的电压都不应低于-0.3v，如数据手册的绝对最大额定值部分所示。如果预计瞬变会低于地电位，则需要肖特基二极管作为箝位，尤其是在pcb上存在负载之前的输出电感时。所选肖特基二极管的正向电压必须低于0.3v，正向电流等于限流阈值。
限流阈值
max16948在lim_引脚电压达到v时限制out_输出电流林阈值（典型值为 2.5v）。来自lim_的电流与来自out_的负载电流成正比，该负载电流由一个称为电流检测放大器（csa）增益的因子组成。这样，限流阈值i林_用 r 设置林_电阻器。
确定最佳 r林_使用以下等式的值：
其中ilim_是所需的限流门限，vlim（typ）是lim_引脚上的典型电压门限，其中输出电流受到限制（2.5v），a（typ）是csa增益的典型值（0.005ma/ma）。
选择标准电阻值（rlim_(std)）尽可能接近 r林_.那么典型的限流阈值为：
考虑到不相关的容差，最差情况下的限流阈值范围介于以下两个等式之间：
和
其中vlim_（最小值）为2.375v，vlim_（最大值）为2.625v;a（min）为 0.00485ma/ma，a（max）为 0.00515ma/ma（典型输出电流为 100ma）;rlim_（min）和rlim_（max）是基于rtol值的rlim_的最小值和最大值。
如果限流阈值范围不合适，则可以使用标准电阻的串联或并联组合来获得最佳范围。
max16948计算器4通过选择限流阈值范围限值（ilim_（typ）、ilim_（min）或ilim_（max））来计算rlim_的最佳值，从而帮助用户选择rlim_电阻。这是通过选择ilim_（典型值）、ilim_（最小值）或ilim_（最大值）来完成的;相对限流阈值;以及对rlim_的容忍度。计算器确定最佳rlim_值后，在适当的电池中插入标准电阻值，以估计ilim_范围限值。否则，请单击“逐步”按钮以引导计算器的电流限制阈值部分。
一个0.1μf补偿电容（clim_）必须与rlim_并联放置，以便在限流环路中建立主极点。这样可以保持稳定性，并防止快速电流瞬变过早触发电流限制（图 3）。
图3.max16948输出电流限值
adc输入范围和输出电流检测精度
max16948通过csa增益从out_引脚提供与负载电流成比例的电流。流过 r 的电流意义_产生与输出电流成比例的电压。利用此功能，可以通过adc对sense_引脚上的电压进行采样来监控输出电流。
adc 满量程输入电压（vadcfs_）使用 r 设置意义_.
确定最佳 r意义_使用以下等式的值：
其中ilim_(typ) 是上一节中计算的典型限流阈值，a（典型）是csa增益的典型值（0.005ma/ma）。
选择标准电阻值（rsense_(std)）尽可能接近 r意义_.那么典型的adc满量程输入电压为：
考虑电阻（rtol），adc满量程输入电压的最小值和最大值为：
和
其中vlim_（最小值）为2.375v，vlim_（最大值）为2.625v;rlim_（min）和rlim_（max）在上一节中计算;rsense_（min）和rsense_（max）是基于rtol值的rsense_的最小值和最大值。
使用电子计算器5的输出电流检测部分，用户可以在插入所需的adc满量程输入电压（vadcfs_）和rsense_容差后轻松确定rsense_值。计算器确定最佳rsense_值后，在相应的单元格中插入标准值以估计vadcfs_范围限制。否则，单击“逐步”按钮以引导计算器的输出电流检测部分。
但是，在使用本节之前，有必要在计算器的限流阈值部分中确定ilim_范围限制。
将一个 0.1μf 电容（csense）与 rsense_ 并联放置，以在 adc 采样周期内保持电压（图 4）。
图4.模数转换器输入范围。
一旦用adc测量了sense_引脚上的电压（vadc_），输出电流可以通过以下公式估算：
由于 r意义_容差和参数分布在csa增益上，估计输出电流可以在以下两个公式之间变化：
和
将csa增益值替换为100ma的典型输出电流：
最后，adc进行的电流测量精度为：
该参数也可以在计算器的输出电流检测部分的o.c.s.精度行中确定。
检测开路负载和过流情况
除adc采样外，还可利用外部比较器和分路r检测负载开路或过流情况意义_进入电阻分压器（r3、r4 和 r5）（图 5）。___
图5.负载开路和过流检测。
比较器的输出（oc_和ol_）指示电路的工作状态，如表1所示。
表 1.电路的工作状态
oc ol state
0 0 normal operation
0 1 open-load condition
1 0 overcurrent condition
1 1 invalid state
使用以下公式确定 r5 值：_
其中iopen-load_ 是流过 ldo/开关的电流所需的开路负载阈值 vol_，th是比较器u2的开路负载电压门限，a(typ) 是csa增益的典型值（0.005ma/ma）。计算出r5电阻值后，使用以下公式确定r4值：
其中iovercurrent_，必须小于ilim_(min)，是流过ldo/开关的电流所需的过流阈值;voc_，th是比较器u1的过流电压门限;和a(typ) 是csa增益的典型值（0.005ma/ma）。
最后，计算 r3：_
r3 = r_意义_- r4 - r5__
考虑r3、r4和r5标准电阻(rtol),，负载开路和过流阈值的最小值、典型值和最大值为：
其中 a（分钟）为 0.00485ma/ma 和 a（最大）为0.00515ma/ma（典型输出电流为100ma）;r4_(min), r4_(max), r5_(min), 和 r5_(max) 是基于 r4 和 r5 的rtol。
用户可以使用计算器的开路负载和过流检测部分确定r4、r5和r6的值。使用计算器确定r4、r5和r6的最佳值后，在适当的电池中插入标准电阻值，以估计iopen-load_ h和 iovercurrent_ 范围限制。单击“逐步”按钮以引导计算器的“开路负载和过流检测”部分。
在使用计算器的开路负载和过流检测部分之前，有必要确定 r意义_输出电流检测部分中的值。
示例计算
对于这些示例计算，我们假设天线幻象电源应用，其中电源输入电压为5v，典型负载电流为100ma，最大限流阈值为120ma，输出电流由3.3v输入范围adc监控。
假设max16948的in引脚直接连接到电池，器件必须配置为ldo模式，以获得5v的out_电压。为此，必须确定由r1和r2组成的外部电阻分压器的尺寸。为 r2 （r2____(std））小于或等于 1kω 并计算 r1：_
r2_(std) = 750ω, rtol = 1% (e96 series)
从 e96 系列中选择标准r1_(std)= 3010ω），输出电压范围为：
要获得最大限流阈值（ilim-(max)）等于 120ma，rlim_可以在重新排列后计算ilim_(max) 方程：
从 e96 系列中选择标准电阻器（rlim-（std） = 4530ω），限流阈值范围为：
当adc输入范围为3.3v时，计算最佳r意义_如下：
从 e96 系列中选择标准电阻器（rsense_(std）= 6040o， r托尔= 1%），adc满量程输入电压范围为：
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
输出电流监控的精度如下：