引言

使用潛望式天線的大型汽車收音機(jī)已成為歷史，取而代之的是多功能的汽車資訊娛樂或多媒體系統(tǒng)。系統(tǒng)目前同樣具備 AM/FM 收音機(jī)的功能，但另外又加入數(shù)位音訊廣播 （DAB）、數(shù)位高畫質(zhì)電視、衛(wèi)星收音機(jī)、整合行動(dòng)電話、CD/DVD/MP3 播放器、GPS 導(dǎo)航或電視遊樂器系統(tǒng)等功能。其中 AM/FM、DAB 和衛(wèi)星訊號都必須使用短柱、鯊魚鰭或擋風(fēng)玻璃天線形式的主動(dòng)式天線系統(tǒng)來接收。隨著汽車資訊娛樂裝置越來越複雜，主動(dòng)式天線系統(tǒng)的數(shù)量也持續(xù)增加。這些主動(dòng)式天線系統(tǒng)內(nèi)的 LNA 等靈敏的電路需要有穩(wěn)定的電源供應(yīng)，還要有足以耐受嚴(yán)苛汽車環(huán)境的保護(hù)和隔離功能，以及可顯示天線狀態(tài)的監(jiān)控和診斷功能。全新的 TLF4277-2（圖一）便是專為汽車資訊娛樂應(yīng)用的主動(dòng)式天線穩(wěn)定供電所設(shè)計(jì)。

圖一 : TLE4277-2 第二代單晶片 IC，內(nèi)建精準(zhǔn)的電流監(jiān)控和強(qiáng)化保護(hù)功能，適合為主動(dòng)式天線供電

主動(dòng)式天線也就是內(nèi)含主動(dòng)式電子元件的天線，與被動(dòng)式天線不同，能讓天線縮小尺寸及擴(kuò)大頻率範(fàn)圍。主動(dòng)式元件的電源可由電池、經(jīng)過濾波的電源供應(yīng)器，或透過饋送訊號本身（幽靈電源）供應(yīng)。TLF4277-2 的低壓降穩(wěn)壓器可提供所需要的電壓給主動(dòng)式天線，可調(diào)整的輸出電壓（5 V 至12 V）讓新的穩(wěn)壓器能夠支援包括 FM/AM、DAB、XM 或 SIRIUS 在內(nèi)大多數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)型主動(dòng)式天線。

TLF4277-2 能保護(hù)天線和裝置本身不受高要求的電子環(huán)境影響，同時(shí)提供穩(wěn)定的輸出電壓。IC 還具有電流限值調(diào)整功能，能在天線供電系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生短路時(shí)保護(hù)主動(dòng)式天線的供電電路。汽車環(huán)境下的散熱條件也同樣充滿挑戰(zhàn)，除了必須在 -40 至 150°C 的汽車溫度下穩(wěn)定供電，還要具備耐用的過熱保護(hù)。除了符合這些保護(hù)要求，TLF4277-2 還能簡化診斷資訊的收集程序，以用於回報(bào)天線狀態(tài)。

新世代強(qiáng)化功能

TLE4277-2 是 TLE4277 系列的次世代產(chǎn)品，先前的 TLE4277 系列已成功在許多主動(dòng)式天線應(yīng)用中完成實(shí)作，並大量生產(chǎn)。新的穩(wěn)壓器擁有多項(xiàng)強(qiáng)化，像是更高的準(zhǔn)確度 （VQ 和電流監(jiān)控）、更高的輸出電流，還有更少的外部元件。TLF4277-2 為一體式的整合低壓降穩(wěn)壓器 （圖二），供應(yīng)負(fù)載最高達(dá)到 300 mA。TLF4277-2 輸入電壓最高可到 40 V，並具備 5 V 至 12 V 可調(diào)整的輸出電壓。整合電流監(jiān)控功能是另一項(xiàng)特點(diǎn)，能提供診斷及系統(tǒng)保護(hù)功能，過熱和輸出過電壓等故障狀況，都能透過電流感測輸出加以監(jiān)控及顯示。裝置可調(diào)整最高輸出電流限值，為連接的負(fù)載提供額外保護(hù)。還能透過 IC 的啟用功能將其停用，進(jìn)而降低耗電量。其他特點(diǎn)還包括低壓降電壓 （一般為 100 mV），和極低的耗電量 （25°C 下一般為 150 μA）。

圖二 : TLF4277-2 的簡化方塊圖和應(yīng)用圖

高準(zhǔn)確度的電流感測功能可準(zhǔn)確監(jiān)控天線狀態(tài)，同時(shí)持續(xù)監(jiān)控負(fù)載。相較於其他電流感測準(zhǔn)確度介於 10 至 30% 的解決方案，TLF4277-2 在整個(gè)輸出電流範(fàn)圍下的準(zhǔn)確度 （電流監(jiān)控係數(shù)） 高達(dá) 5%。與前一代解決方案相較下，輸出電壓誤差同樣獲得改善 （新一代為 2%，前一代為 3 至 5%）。10 mA 至 300 mA 的可調(diào)整電流限值，可延長放大器使用壽命。數(shù)位狀態(tài)輸出訊號會(huì)顯示一或多個(gè)監(jiān)控的保護(hù)功能 （過電流、過電壓或過熱關(guān)機(jī)） 是否為啟動(dòng)中。

TLF4277-2 需要的外部元件數(shù)量較少，因此可節(jié)省相關(guān)的 PCB 面積。無需外部分流，因此系統(tǒng)成本也得以最佳化。能減少元件數(shù)量，對多數(shù)的汽車資訊娛樂應(yīng)用來說極為重要，因?yàn)檫@些應(yīng)用必須實(shí)作在成本高昂的多層式電路板上。此外，亦有益於提升可靠性 （改善 FIT 比率）。

相較於先前的解決方案，TLF4277-2 可加快微控制器對故障狀況的反應(yīng)時(shí)間。微控制器可立即標(biāo)記出錯(cuò)誤，從而提升系統(tǒng)可靠性。

穩(wěn)壓器主要功能

輸出電壓 VQ 的控制，是將回饋電壓 （VADJ） 與內(nèi)部的參考電壓進(jìn)行比較，接著驅(qū)動(dòng) PNP 傳輸電晶體。控制迴路的穩(wěn)定性取決於輸出電容 CQ、輸出串聯(lián)電阻率 ESR、負(fù)載電流和晶片溫度。為達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)作，需要 ESR 為 1mΩ 至 10Ω 和僅僅 1 μF 的陶瓷輸出電容。輸出電容需加大尺寸，以緩衝瞬變負(fù)載。雖然不需要輸入電容來增加控制迴路的穩(wěn)定性，但仍建議使用以緩衝線路的影響。

保護(hù)電路可避免 IC 及應(yīng)用在發(fā)生重大事件時(shí)損壞，整合的保護(hù)功能包含輸出電流限值、反極性保護(hù)和短路保護(hù)，還有發(fā)生過熱時(shí)的熱關(guān)機(jī)。熱關(guān)機(jī)電路可在 IC 發(fā)生故障狀況時(shí)關(guān)閉功率級，避免 IC 立即損壞 （如輸出持續(xù)短路時(shí)）。待晶片降溫後，穩(wěn)壓器便會(huì)重新啟動(dòng)。此時(shí)輸出電壓將進(jìn)入循環(huán)行為，直到故障排除為止。TLF4277-2 允許負(fù)供電電壓，但許多小電流會(huì)流入 IC，提高接面溫度。從事熱設(shè)計(jì)時(shí)必須將這些反向電流納入考量，並注意熱保護(hù)電路在反向極性狀況下不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。

外部的輸出電壓分壓器可關(guān)閉 ADJ 電壓調(diào)整針腳的控制迴路，在 5V 至 12V 之間調(diào)整 TLF4277-2 的輸出電壓。ADJ 針腳的電壓將與故障放大器內(nèi)正常 1.19 V 的內(nèi)部參考作比對，透過這種方式來控制輸出電壓。

電流及保護(hù)監(jiān)控

TLF4277-2 具備進(jìn)階的監(jiān)控功能組合 （圖三）。從功率級流出的電流可從 CSO 輸出加以監(jiān)控，電流限值可透過外部電阻器調(diào)整。

圖三 : 整合式電流和保護(hù)監(jiān)控方塊圖

實(shí)作保護(hù)功能所發(fā)生的事件則透過 CSO 輸出的專用電壓等級回報(bào)，這項(xiàng)回報(bào)資訊可由外部微控制器處理，用於系統(tǒng)分析及故障識別。監(jiān)控的事件包括有過電流、過電壓及過熱關(guān)機(jī)，這三項(xiàng)故障狀況還會(huì)導(dǎo)向到 ST 數(shù)位輸出針腳。（本文作者Bernd Stein為德國英飛凌科技線性穩(wěn)壓器產(chǎn)品行銷經(jīng)理）