有源天线电源可提供诊断功能

背景

简单车载无线电设备的时代 (正如在上面这辆梅塞德斯仪表板上所看到的那样) 已经被新的车载多媒体系统时代所取代。现在，在回家的路上，我们不再转动几个旋钮，查看以模拟方式显示的信息，而是通过车载多媒体系统掌握丰富的信息。

尽管 AM/FM 收音机仍然存在，但是诸如数字音频广播 (DAB) 、数字和高清电视 (HDTV) 、卫星无线电、集成的蜂窝电话、CD/DVD/MP3 播放器、全球定位系统 (GPS) 导航、视频游戏系统等，已经在我们的汽车中创造出了一个成熟的娱乐中心。

在这一情景的背后，支持这种丰富信息的是有源天线系统。随着车载多媒体系统中心复杂性的提高，向车载多媒体系统中心馈送音乐和数据所需的有源天线数量也增加了。从无源天线向有源天线转变使得从传统外部金属棒天线向集成的前/后车窗天线转变成为可能。而且，最近还出现了很小并安装在车顶或后备箱上的“鲨鱼鳍”型天线。单个天线可提供几个频带和几种服务。现在，一个汽车的车载多媒体系统中心平均有3～5个有源天线系统，例如 AM、FM、DAB、HDTV、卫星无线电、交通提示、蜂窝、WiMax 或 GPS 等，这种情况是常见的。多个天线有时用于同一频段，以改善接收质量。不过，这些有源天线系统中的敏感电路需要保护，还有隔离，以免受到严酷的汽车环境的影响，还要提供诊断反馈，以报告天线状态。

12V 汽车电池 (很多有源天线电压电源的起点) 远非这些系统所需的无噪声稳定电源。除了噪声，这种 12V“电源”还可能经受电池反向情况或负载突降，这电压范围可能为 -36V～80V，或尖峰出现在这范围内。有源天线系统的理想电源必须保护自己和天线，以免受这些苛刻的电气情况的影响，同时提供一个稳定和低噪声输出电压。如果天线电源本身发生短路，这样的电源还必须以准确和可编程电流限制保护有源天线电源电路。汽车环境中的热量问题同样具有挑战性，需要电源稳定在 -40℃～125°C 的温度范围，并具有可靠的过热保护。

除了这些难以满足的保护要求，还需要诊断信息来报告天线状态。可编程开路检测监视天线电源电流，以防它降至达不到规定的最低工作条件。可编程短路检测监视天线电源电流，以防它超过规定的最大值，并通过限制电流，保护天线和天线电源。此外，一个模拟电流监视器产生一个与天线电源电流成正比的信号，以用作诊断输入或用来向系统显示所安装的天线类型。

这种苛刻的保护要求和诊断功能以前需要多个 IC (电流检测放大器、运算放大器等) 和分立组件来实现，因此牵涉高度的设计复杂性。不过，真正需要的是一个将所有这些功能集成到一个简单的、高性能解决方案中的有源天线电源和诊断用的线性稳压器。

LT3050

现在有一种具精确电流限制和诊断功能的新稳压器 LT3050，该器件是一种创新 IC，兼有坚固的性能、可靠性和耐用性，凌力尔特公司的线性稳压器正是因此而闻名。它还具有一套增强的功能，包括可编程电流限制、软启动、开路检测、输出电流监视器和一个集电极开路故障信号。LT3050 在满负载时，以 340mV 的典型压差电压提供高达 100mA 的连续输出电流。该 IC 具有 2V～45V 的宽输入电压范围，提供低至 0.6V 的可调输出电压。单个电容器提供超低噪声工作 (在 10Hz～100kHz 的宽带宽范围内仅为 30uVRMS) 和基准软启动功能，从而在接通时消除了大的浪涌电流和输出电压过冲。在整个电压、负载和温度变化范围内，LT3050 的输出电压容限为高度准确的 ±2%。该 IC 的 50μA低静态工作电流允许它以最低电池泄漏连续处于空闲状态，在停机时静态电流降至 <1μA。该器件分别采用 12 引线 2mm x 3mm DFN 封装和 12 引线耐热增强型 MSOP 封装，从而提供占板面积紧凑的解决方案。

很多保护功能

LT3050 为有源天线系统产生一个稳定和低噪声的电源，隔离和保护天线系统，以免受汽车噪声和不稳定的 12V 电源的影响。该 IC 可以承受 ±50V 的输入电压和 12V 电源可能产生的电池反向情况以及达到 ±50V 的输出反向。参见图 1 以获取详细信息。

LT3050 提供卓越的电源噪声抑制，从而有效地隔离天线电源和 12V 电源线路上的噪声或隔离天线电源和中间降压型稳压器 (参见图 2 以获取详细信息)。单个电容器提供基准软启动和噪声旁路，从而实现了可编程启动时间和超低噪声工作。精确的可编程电流限制通过允许用户设置低至最大负载 110% 的电流限制以提供附加保护，而不会影响正常工作时的负载调节。此外，备份电流限制、电流限制折返和具迟滞的可靠热停机相结合，在使用 50V 输入电源时，允许不定的输出短路，而不会损坏该 IC。在流入输入的电流最小时，输出可以拉至高于输入 50V，而不会损坏该 IC。

包含诊断功能

LT3050 包含向汽车控制系统提供诊断信息的电路。一个集电极开路故障指示器能够吸收 100μA 电流，如果检测到开路或短路情况，或如果该 IC 进入热停机状态，就确定故障发生。LT3050 还具有一个集成的电流监视器，该监视器 (通过 IMON 引脚) 提供约为输出电流 1/100 的电流，用于天线系统监视和保护，参见图 3 的方框图以获取详细信息。在 IMON 和 GND 之间简单地连接一个电阻器，产生一个与输出电流成正比和以地为基准的电压。

该器件还在 IMAX 引脚提供可编程短路检测和电流限制，而且一旦设定，在整个电压和温度变化范围内，变化不到 5%。IMAX 引脚是一个专门设计的电流反射镜器件的集电极，该器件提供约为输出电流 1/200 的电流。这个引脚还是精确电流限制放大器的输入。在 IMAX 和 GND 之间连接一个电阻器 (RIMAX) ，以设定短路检测和可编程电流限制门限。这个电流限制放大器电路执行两个功能。首先，如果 IMAX 引脚电压达到 600mV，它就确定集电极开路 FAULT 引脚逻辑。其次，它调节输出驱动电流，以使 IMAX 引脚电压不超过 600mV，从而将输出电流限制为 0.6V x 200/ RIMAX。

可编程开路检测门限在 IMIN 引脚提供。IMIN 引脚是一个专门设计的电流反射镜器件的集电极，该器件提供约为输出电流 1/200 的电流。这个引脚还是开路检测比较器的输入，以 600mV 内部基准为基准。在 IMIN 和 GND 之间连接一个电阻器，以设置开路检测门限。如果 IMIN 引脚电压降至低于 600mV，那么比较器就跳变，FAULT 引脚确定故障出现。比较器运用少量迟滞，以防止 FAULT 引脚干扰。

图4是一个设置为有源天线电源的典型 LT3050 应用电路。为说明方便，电流限制、开路故障门限值、输出电压等是任意选择的。在这个例子中，开路检测门限由 12kΩ IMIN 电阻器设置为 10mA (0.6V x 200/12kΩ = 10mA) 。12kΩ IMIN 电阻器将短路故障门限和电流限制设置为 100mA (需要一个 10μF IMAX 电容器，以实现电流限制放大器的稳定性) 。当输出电流等于 100mA 时，3kΩ IMON 电阻器提供满标度 3V 信号。10nF REF/BYP 电容器提供 7μs 软启动时间和低噪声工作。

结论

今天的汽车当与你记忆中小孩时代父辈们的汽车相比已经有了显著进步。简单的 AM/FM 收音机已经让位于卫星无线电、导航系统、HDTV、集成的蜂窝电话、媒体播放器、和视频游戏系统等现代技术成果。随着汽车车载多媒体系统部件变得越来越复杂，有源天线系统的数量也增加了。这些有源天线系统中的敏感电路需要保护和隔离，以免受到严酷的汽车环境的影响，还需要诊断反馈，以报告天线状态。凌力尔特公司新的 IC LT3050 有源天线电源和诊断用的线性稳压器具有诸如可编程电流限制、软启动、开路检测、输出电流监视器、集电极开路故障信号等功能，解决了有源天线设计问题。此外，LT3050 提供宽输入电压范围、低静态电流、宽带宽上的低输出噪声、高输出电压准确度和低压差电压，并能够承受输入和输出电压反向。LT3050 的稳定性和低噪声输出也有益于最终用户，它以更清楚和更可靠的天线传送/接收信号来提升现代汽车车载多媒体系统体验。这就是父辈们希望能在他们的汽车中拥有的东西！