我們曾經(jīng)介紹過 RT6052，它是電壓放大器和帶有輸出狀態(tài)保持功能的比較器的結(jié)合體，這讓它在被使用的時(shí)候就可以像一個(gè)交流接觸器或說是空氣開關(guān)，負(fù)載電流流經(jīng)電流檢測電阻形成的壓差超限以后就會斷電，必須消除造成過載的現(xiàn)象以后再加電才能恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

現(xiàn)在我們介紹一顆新的器件 RT6056，它能對電壓、電流進(jìn)行測量并計(jì)算出相應(yīng)的功率，你可以根據(jù)自己的需要選擇對電壓過高或過低、電流過大或過小或功率過大的情況進(jìn)行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)超限就發(fā)出報(bào)警信號，此信號既可以被用來直接控制某個(gè)電路的通斷，也能用于通知系統(tǒng)處理器展開后續(xù)處理，或者就讓這個(gè)信號短暫地出現(xiàn)一下以提示超限現(xiàn)象的存在，新的狀態(tài)會覆蓋舊的狀態(tài)，以便你能對系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)的記錄。

為了實(shí)現(xiàn)上述的功能，RT6056 在組成上包含有電壓放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器及其轉(zhuǎn)換結(jié)果儲存寄存器、標(biāo)定數(shù)據(jù)寄存器、隱藏起來的乘法器及其結(jié)果儲存寄存器、閾值儲存寄存器、數(shù)據(jù)比較器和用于選擇比較對象的數(shù)據(jù)位及輸出控制位，其電路框圖如下圖所示：

其應(yīng)用電路可根據(jù)需要在下列圖片中進(jìn)行選擇：

電流信號需要通過電阻轉(zhuǎn)換為電壓差接入 IN+、IN- 以差分信號的形式輸入，電阻所在位置的電壓就以共模信號的方式同時(shí)進(jìn)入 IN+/IN- 而不會發(fā)生影響，其容許范圍為 0V~36V。差分信號的電壓范圍為 -81.9175mV~81.92mV，這個(gè)范圍對應(yīng)后面的 16 位 ADC 的數(shù)據(jù)范圍就是 -215~215，其最高位是符號位，負(fù)數(shù)是以 2 的補(bǔ)碼的形式表達(dá)的。由于電流數(shù)據(jù)可正可負(fù)，對電流的測量實(shí)際上是雙向的。由于 ADC 以 2.5μV 為標(biāo)準(zhǔn)分辨率，它所測得的數(shù)據(jù)與實(shí)際電流及檢測電阻的參數(shù)有關(guān)，而我們要計(jì)算功率又需要有準(zhǔn)確的電流安培數(shù)，所以該數(shù)據(jù)需要經(jīng)過標(biāo)定以后才能轉(zhuǎn)換為實(shí)際的安培數(shù)，所以需要在標(biāo)定寄存器里寫入標(biāo)定數(shù)據(jù)，其計(jì)算公式為

其中的 RS 就是電流檢測電阻的電阻值，ILSB 則是最終所獲電流數(shù)據(jù)的計(jì)量單位。

以上表中的數(shù)據(jù)為例，10A 電流流過電流檢測電阻 RSHUNT = 2mW，由此形成的電壓差為 20mV，它經(jīng)過 ADC 后就會得到一個(gè) 8000 的結(jié)果，這個(gè)結(jié)果經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理后得到以 1mA 為單位計(jì)量的結(jié)果 10000 即 10A 的表達(dá)，而從 8000 變成 10000 需要加上一個(gè)系數(shù) 1.25，這個(gè) 1.25 對于數(shù)字系統(tǒng)來說是一個(gè)不好處理的數(shù)據(jù)，所以在設(shè)計(jì)上就給它乘上一個(gè)數(shù)據(jù) 2048 變成 2560，這個(gè)數(shù)據(jù)就是上面所說的標(biāo)定值，再把這些數(shù)據(jù)代入上面的標(biāo)定值計(jì)算公式就會發(fā)現(xiàn)其中的 0.00512 就是一個(gè)必須存在的數(shù)據(jù)。

經(jīng)過這樣的推導(dǎo)就會知道，當(dāng)任意一個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在 Sense Voltage 寄存器 (01h) 中時(shí)，這個(gè)數(shù)據(jù)就會主動地和標(biāo)定值寄存器 (05h) 中的數(shù)據(jù)相乘，最后得到的結(jié)果被儲存在電流寄存器 (04h) 中，這個(gè)過程就是規(guī)格書中的下述計(jì)算公式所表達(dá)的內(nèi)容。

RT6056 對電源電壓的檢測是通過 VBUS 進(jìn)行的，ADC 轉(zhuǎn)換所得的數(shù)據(jù)記錄在地址為 (02h) 的寄存器中，它對電壓的分辨率為1.25mV，12V 所對應(yīng)的結(jié)果就是 9600（如上表所示），VBUS 端接入的最高電壓可達(dá) 36V。

有了電流和電壓數(shù)據(jù)，RT6056 就可以計(jì)算功率了，這個(gè)很簡單，將寄存器 (02h) 和 (04h) 的結(jié)果相乘即可，但所得數(shù)據(jù)會太大，所以芯片主動提供了經(jīng)過修正的結(jié)果，即將它們的乘積縮小 20000 倍，結(jié)果存入功率寄存器 (03h) 里，其計(jì)量單位為 25mW（目前規(guī)格書的內(nèi)容錯(cuò)為 25mV，只能等改版時(shí)再修改了）。

有了電流、電壓和功率數(shù)據(jù)，RT6056 就容許從中挑選合適的監(jiān)測對象以判斷是否超限。

這個(gè)地址為 (06h) 的寄存器里有可以選擇的設(shè)定位以分別選擇對電流過大/過小、電壓過高/過低和功率過高的情況進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果通過器件的ALERT 引腳予以反映，你可以通過上述寄存器選擇輸出信號的極性以及是否容許它持續(xù)存在，相關(guān)的細(xì)節(jié)在此不予細(xì)聊，需要者可以參考規(guī)格書了解細(xì)節(jié)。

超限判斷是需要閾值作參考點(diǎn)的，這個(gè)數(shù)據(jù)需要被存入地址為 (07h) 的 Alert Limit 寄存器里。

這里反復(fù)提到的寄存器地址都是外部控制器通過 I2C/SMBUS 接口與 RT6056 交流時(shí)需要涉及的寄存器地址，而 RT6056 在 I2C/SMBUS 總線上的地址是可以變化的，將其地址設(shè)定引腳 A1、A0 連接到不同的地方便可實(shí)現(xiàn)，其中共有 16 個(gè)選項(xiàng)，所以在一條 I2C/SMBUS 總線上最多可以掛 16 顆 RT6056 以分別實(shí)現(xiàn)對 16 個(gè)對象的監(jiān)測，RT6056 在遇到超限報(bào)警時(shí)也可以通過總線進(jìn)行報(bào)警，系統(tǒng)控制器可通過對器件內(nèi)部寄存器的讀取判定報(bào)警來源。

實(shí)際中的電流、電壓都會有噪聲和波動，其影響也會在轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)上表現(xiàn)出來，為了降低其影響，設(shè)計(jì)上可以加入濾波電路。通過加長 ADC 的轉(zhuǎn)換時(shí)間和選擇數(shù)據(jù)平均的功能也可以起到消除噪聲波動影響的作用，這些都在規(guī)格書里有細(xì)節(jié)描述，讀者可以仔細(xì)閱讀參考。

RT6056 也有工業(yè)級的型號可提供給客戶使用，其型號里會插入字母 Q 而變成 RTQ6056，需要者可按需選用。

審核編輯 ：李倩