Texas Instruments AMC131M03/AMC131M03-Q1 24位隔離式Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 是一款精密三通道數(shù)據(jù)電源隔離式24位Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器。AMC131M03AMC131M03/AMC131M03-Q1具有針對電能測量的寬動態(tài)范圍和低功耗特性，適用于電力計(jì)量和電表應(yīng)用。該器件的輸入阻抗高，因此其ADC輸入可直接連接分流電流傳感器或電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：AMC131M03-Q1 數(shù)據(jù)表.pdf

AMC131M03AMC131M03/AMC131M03-Q1具有支持從器件低側(cè)單電源運(yùn)行的全集成隔離式直流-直流轉(zhuǎn)換器。增強(qiáng)型電容隔離柵通過了UL1577和VDE 0884-17認(rèn)證。該隔離柵將系統(tǒng)各部分隔開，保護(hù)低壓部分免受損壞。它工作在不同共模電壓水平上，使AMC131M03AMC131M03/AMC131M03-Q1非常適合用于采用分流電流傳感器的多相電表應(yīng)用。Texas Instruments AMC131M03-Q1器件符合汽車應(yīng)用類AEC-Q100認(rèn)證。

特性

• 三個具有差分或單端輸入的隔離式同步采樣ΔΣ ADC
• 帶集成直流-直流轉(zhuǎn)換器，支持單電源運(yùn)行（3.3V或5V）
• 低EMI，符合CISPR-11和CISPR-25標(biāo)準(zhǔn)
• 可編程數(shù)據(jù)速率高達(dá)64kSPS
• 可編程增益高達(dá)128
• 低漂移內(nèi)部電壓參考
• 內(nèi)部溫度傳感器
• 4線SPI接口帶循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC)
• 安全相關(guān)認(rèn)證
  • 7070VPEAK 增強(qiáng)隔離符合DIN EN IEC 60747-17（VDE 0884-17）
  • 5000VRMS 隔離1分鐘，符合UL1577
• 20引腳寬體SOIC封裝
• 工作溫度范圍：-40°C至+125°C

功能框圖

AMC131M03-Q1汽車級隔離式ΔΣ ADC技術(shù)解析與應(yīng)用指南

一、產(chǎn)品概述與技術(shù)亮點(diǎn)

AMC131M03-Q1是德州儀器(TI)推出的汽車級三通道隔離式ΔΣ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，集成了64kSPS同步采樣、24位精度和DC/DC隔離電源，專為嚴(yán)苛的汽車電子環(huán)境設(shè)計(jì)。該器件通過AEC-Q100 Grade 1認(rèn)證(-40°C至+125°C)，具備7070-VPEAK增強(qiáng)隔離等級(DIN EN IEC 60747-17)和5000-VRMS/1分鐘隔離能力(UL1577)。

?核心技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)?：

• ?三通道同步采樣架構(gòu)?：實(shí)現(xiàn)精確的相位對齊測量，適合多參數(shù)監(jiān)控場景
• ?集成隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器?：單3.3V/5V供電簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，內(nèi)置LDO和負(fù)電荷泵支持±1.3V輸入范圍
• ? 可編程增益放大器(PGA) ?：提供1-128倍增益(二進(jìn)制步進(jìn))，輸入阻抗最高達(dá)1MΩ
• ?雙功率模式?：高分辨率模式(19.5mA)和低功耗模式(16mA)靈活切換
• ?EMI優(yōu)化設(shè)計(jì)?：滿足CISPR-11和CISPR-25標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)置擴(kuò)頻時鐘技術(shù)

二、關(guān)鍵參數(shù)與性能特性

電氣特性

• ?分辨率?：24位無失碼
• ?采樣率?：最高64kSPS(HR模式)/32kSPS(LP模式)
• ?動態(tài)范圍?：98dB(增益=1時)
• ? 積分非線性(INL) ?：±6ppm FSR
• ? 共模抑制比(CMRR) ?：110dB(50/60Hz)
• ?功耗?：64mW(HR模式)/53mW(LP模式)

安全認(rèn)證

• ?VDE?：DIN EN IEC 60747-17增強(qiáng)絕緣認(rèn)證
• ?UL?：1577組件認(rèn)可(文件號E181974)
• ?AEC-Q100?：Grade 1汽車級認(rèn)證

三、系統(tǒng)架構(gòu)與功能模塊

3.1 信號鏈設(shè)計(jì)

器件采用差分輸入結(jié)構(gòu)，每個通道包含：

1. ?輸入多路復(fù)用器?：支持模擬輸入、GND短路、DC/AC測試信號選擇
2. ?可編程增益放大器?：8級增益設(shè)置(1-128)，增益>4時自動啟用輸入預(yù)充電緩沖
3. ?ΔΣ調(diào)制器?：采用OOK調(diào)制通過SiO?電容隔離屏障傳輸
4. ?數(shù)字濾波器?：sinc3+sinc1組合濾波器，OSR可配置(64-16384)

3.2 隔離電源系統(tǒng)

創(chuàng)新性地集成完整隔離電源方案：

• ?初級側(cè)?：3.0-5.5V輸入，內(nèi)置LDO穩(wěn)定驅(qū)動電壓
• ?變壓器?：層壓空芯設(shè)計(jì)，具有高磁場抗擾度
• ?次級側(cè)?：全橋整流+LDO，輸出2.6-3.2V(HLDO_OUT)
• ?驅(qū)動能力?：可額外提供1mA輔助電路電流

四、典型應(yīng)用設(shè)計(jì)指南

4.1 電池管理系統(tǒng)(BMS)實(shí)現(xiàn)

如圖9-4所示典型應(yīng)用，器件可精確測量：

• ?電池組電壓?：通過高壓電阻分壓器(RH/RL)
• ?接觸器壓降?：監(jiān)測S1-S6開關(guān)狀態(tài)
• ?充電端口電壓?：CHARGE+/CHARGE-差分檢測

?設(shè)計(jì)要點(diǎn)?：

• 電阻分壓比計(jì)算：VIN/VCHARGE+_MAX = RL/(RL+RH)
• 建議總阻值(RL+RH)>1MΩ以減少漏電流
• 高壓側(cè)電阻應(yīng)采用多串聯(lián)結(jié)構(gòu)提升可靠性

4.2 抗混疊濾波設(shè)計(jì)

推薦采用圖9-1所示單階RC濾波：

• ?元件值?：50Ω電阻+4.7nF電容
• ?布局要求?：盡可能靠近ADC輸入引腳
• ?C0G電容?：優(yōu)先選用溫度穩(wěn)定性好的材質(zhì)

五、寄存器配置與數(shù)字接口

5.1 SPI通信規(guī)范

• ?工作模式?：CPOL=0, CPHA=1
• ?幀結(jié)構(gòu)?：5字基礎(chǔ)幀(命令+CRC+3數(shù)據(jù)字)
• ?數(shù)據(jù)格式?：可配置16/24/32位字長
• ?CRC保護(hù)?：支持CCITT和ANSI兩種多項(xiàng)式

5.2 關(guān)鍵寄存器配置

1. ? CLOCK寄存器(03h) ?：
   • OSR[2:0]：設(shè)置過采樣率(1024=4kSPS@8.192MHz)
   • PWR[1:0]：選擇功率模式(10b=高分辨率)
2. ? GAIN寄存器(04h) ?：
   • PGAGAINx[2:0]：獨(dú)立設(shè)置各通道增益(000b=1倍)
3. ?CHx_CFG寄存器?：
   • PHASEx[9:0]：-512到511個調(diào)制器時鐘的相位校準(zhǔn)
   • MUXx[1:0]：選擇輸入源(00b=模擬輸入)

六、PCB布局與EMC設(shè)計(jì)

6.1 電源去耦方案

如圖9-6所示分層去耦策略：

• ?DVDD?：1nF(C15)+1μF(C16)組合
• ?DCDC_CAP?：100nF陶瓷電容(C17)
• ?HLDO_OUT?：1nF(C11)+100nF(C13)陣列

6.2 輻射優(yōu)化措施

• ?鐵氧體磁珠?：DCDC_OUT與HLDO_IN間串聯(lián)(F1)
• ?地平面分割?：高/低壓側(cè)地獨(dú)立布線
• ?時鐘處理?：源端串聯(lián)電阻消除過沖

測試數(shù)據(jù)顯示(圖9-5)，優(yōu)化設(shè)計(jì)后輻射值低于CISPR 25 Class 5限值10dB以上。

七、汽車功能安全考量

7.1 故障檢測機(jī)制

• ?SEC_FAIL標(biāo)志?：DC/DC轉(zhuǎn)換器故障指示
• ?寄存器CRC?：覆蓋02h-31h地址空間
• ?熔絲奇偶校驗(yàn)?：內(nèi)置存儲器完整性檢查

7.2 失效模式分析

• ?輸入保護(hù)?：集成ESD二極管(±2kV HBM)
• ?安全限值?：TJ=150°C時Is=309mA@5.5V
• ?絕緣失效?：DTI>21μm，CTI>600V