引言

使用潛望式天線的大型汽車收音機已成為歷史，取而代之的是多功能的汽車資訊娛樂或多媒體系統。系統目前同樣具備 AM/FM 收音機的功能，但另外又加入數位音訊廣播 （DAB）、數位高畫質電視、衛星收音機、整合行動電話、CD/DVD/MP3 播放器、GPS 導航或電視遊樂器系統等功能。其中 AM/FM、DAB 和衛星訊號都必須使用短柱、鯊魚鰭或擋風玻璃天線形式的主動式天線系統來接收。隨著汽車資訊娛樂裝置越來越複雜，主動式天線系統的數量也持續增加。這些主動式天線系統內的 LNA 等靈敏的電路需要有穩定的電源供應，還要有足以耐受嚴苛汽車環境的保護和隔離功能，以及可顯示天線狀態的監控和診斷功能。全新的 TLF4277-2（圖一）便是專為汽車資訊娛樂應用的主動式天線穩定供電所設計。

圖一 : TLE4277-2 第二代單晶片 IC，內建精準的電流監控和強化保護功能，適合為主動式天線供電

主動式天線也就是內含主動式電子元件的天線，與被動式天線不同，能讓天線縮小尺寸及擴大頻率範圍。主動式元件的電源可由電池、經過濾波的電源供應器，或透過饋送訊號本身（幽靈電源）供應。TLF4277-2 的低壓降穩壓器可提供所需要的電壓給主動式天線，可調整的輸出電壓（5 V 至12 V）讓新的穩壓器能夠支援包括 FM/AM、DAB、XM 或 SIRIUS 在內大多數的標準型主動式天線。

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

新世代強化功能

TLE4277-2 是 TLE4277 系列的次世代產品，先前的 TLE4277 系列已成功在許多主動式天線應用中完成實作，並大量生產。新的穩壓器擁有多項強化，像是更高的準確度 （VQ 和電流監控）、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壓器 （圖二），供應負載最高達到 300 mA。TLF4277-2 輸入電壓最高可到 40 V，並具備 5 V 至 12 V 可調整的輸出電壓。整合電流監控功能是另一項特點，能提供診斷及系統保護功能，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控及顯示。裝置可調整最高輸出電流限值，為連接的負載提供額外保護。還能透過 IC 的啟用功能將其停用，進而降低耗電量。其他特點還包括低壓降電壓 （一般為 100 mV），和極低的耗電量 （25°C 下一般為 150 μA）。

圖二 : TLF4277-2 的簡化方塊圖和應用圖

高準確度的電流感測功能可準確監控天線狀態，同時持續監控負載。相較於其他電流感測準確度介於 10 至 30% 的解決方案，TLF4277-2 在整個輸出電流範圍下的準確度 （電流監控係數） 高達 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 的可調整電流限值，可延長放大器使用壽命。數位狀態輸出訊號會顯示一或多個監控的保護功能 （過電流、過電壓或過熱關機） 是否為啟動中。

TLF4277-2 需要的外部元件數量較少，因此可節省相關的 PCB 面積。無需外部分流，因此系統成本也得以最佳化。能減少元件數量，對多數的汽車資訊娛樂應用來說極為重要，因為這些應用必須實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時間。微控制器可立即標記出錯誤，從而提升系統可靠性。

穩壓器主要功能

輸出電壓 VQ 的控制，是將回饋電壓 （VADJ） 與內部的參考電壓進行比較，接著驅動 PNP 傳輸電晶體。控制迴路的穩定性取決於輸出電容 CQ、輸出串聯電阻率 ESR、負載電流和晶片溫度。為達到穩定的運作，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，以緩衝瞬變負載。雖然不需要輸入電容來增加控制迴路的穩定性，但仍建議使用以緩衝線路的影響。

保護電路可避免 IC 及應用在發生重大事件時損壞，整合的保護功能包含輸出電流限值、反極性保護和短路保護，還有發生過熱時的熱關機。熱關機電路可在 IC 發生故障狀況時關閉功率級，避免 IC 立即損壞 （如輸出持續短路時）。待晶片降溫後，穩壓器便會重新啟動。此時輸出電壓將進入循環行為，直到故障排除為止。TLF4277-2 允許負供電電壓，但許多小電流會流入 IC，提高接面溫度。從事熱設計時必須將這些反向電流納入考量，並注意熱保護電路在反向極性狀況下不會運轉。

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

電流及保護監控

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

圖三 : 整合式電流和保護監控方塊圖

實作保護功能所發生的事件則透過 CSO 輸出的專用電壓等級回報，這項回報資訊可由外部微控制器處理，用於系統分析及故障識別。監控的事件包括有過電流、過電壓及過熱關機，這三項故障狀況還會導向到 ST 數位輸出針腳。（本文作者Bernd Stein為德國英飛凌科技線性穩壓器產品行銷經理）