AMC0x06M25-Q1：汽車級(jí)精密隔離Delta-Sigma調(diào)制器的深度剖析

在汽車電子領(lǐng)域，對(duì)于高精度、高可靠性的電流傳感需求日益增長。德州儀器（TI）的AMC0x06M25-Q1系列隔離Delta-Sigma調(diào)制器，憑借其卓越的性能和豐富的特性，成為了眾多汽車應(yīng)用中的理想選擇。今天，我們就來深入探討一下這款調(diào)制器。

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1. 產(chǎn)品概述

AMC0x06M25-Q1是一款專為高精度分流式電流傳感設(shè)計(jì)的單通道、二階CMOS Delta-Sigma調(diào)制器。它具有±250mV的線性輸入電壓范圍，能夠適應(yīng)多種不同的應(yīng)用場景。該系列調(diào)制器通過了AEC-Q100認(rèn)證，適用于汽車應(yīng)用，工作溫度范圍為 -40°C 至 +125°C，具有出色的溫度穩(wěn)定性。

2. 產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

2.1 電氣性能卓越

• 低直流誤差：偏移誤差最大為±200μV，偏移漂移最大為±2μV/°C；增益誤差最大為±0.2%，增益漂移最大為±30ppm/°C。這些低誤差特性確保了在不同溫度和工作條件下的高精度測量。
• 高共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）：CMTI最低為150V/ns，能夠有效抵抗共模干擾，保證在高噪聲環(huán)境下的穩(wěn)定工作。
• 低電磁干擾（EMI）：符合CISPR-11和CISPR-25標(biāo)準(zhǔn)，減少了對(duì)周圍電子設(shè)備的干擾。

2.2 隔離性能出色

• 不同隔離等級(jí)可選：AMC0206M25-Q1提供基本隔離，AMC0306M25-Q1提供增強(qiáng)隔離，滿足不同應(yīng)用的安全需求。
• 多項(xiàng)安全認(rèn)證：獲得了DIN EN IEC 60747-17（VDE 0884-17）和UL 1577等安全相關(guān)認(rèn)證，為系統(tǒng)安全提供了可靠保障。

2.3 電源靈活性高

• 寬電源電壓范圍：高側(cè)電源（AVDD）范圍為3.0V至5.5V，低側(cè)電源（DVDD）范圍為2.7V至5.5V，能夠適應(yīng)多種電源系統(tǒng)。

3. 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

AMC0x06M25-Q1適用于多種汽車應(yīng)用場景，包括牽引逆變器、車載充電器和DC/DC轉(zhuǎn)換器等。在這些應(yīng)用中，它能夠準(zhǔn)確地測量電流，為系統(tǒng)的控制和保護(hù)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

4. 詳細(xì)工作原理

4.1 模擬輸入

AMC0x06M25-Q1的輸入采用了全差分、開關(guān)電容電路，在20MHz時(shí)具有27.5kΩ的動(dòng)態(tài)輸入阻抗。采樣電容以時(shí)鐘頻率 (f{CLK}) 不斷充電和放電，通過開關(guān)的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的采樣。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意將模擬輸入信號(hào)的差分電壓保持在指定的滿量程范圍（ (V{FSR}) ）和輸入共模電壓范圍（ (V_{CM}) ）內(nèi)，以保證器件的噪聲和線性性能。

4.2 調(diào)制器工作機(jī)制

調(diào)制器采用二階開關(guān)電容前饋結(jié)構(gòu)，為了降低失調(diào)和失調(diào)漂移，積分器采用斬波穩(wěn)定技術(shù)，斬波頻率設(shè)置為 (f_{CLKIN } / 16) 。通過不斷調(diào)整積分器的輸出，使積分器輸出值跟蹤輸入的平均值，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的數(shù)字化處理。

4.3 隔離通道信號(hào)傳輸

該調(diào)制器使用開關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制方案，通過基于 (SiO_{2}) 的隔離屏障傳輸調(diào)制器輸出的位流。發(fā)送驅(qū)動(dòng)器（TX）在傳輸數(shù)字1時(shí)發(fā)送內(nèi)部生成的高頻載波，傳輸數(shù)字0時(shí)不發(fā)送信號(hào)。這種傳輸方式優(yōu)化了傳輸通道，實(shí)現(xiàn)了高共模瞬態(tài)抗擾度和低輻射發(fā)射。

4.4 數(shù)字輸出特性

輸入電壓與輸出調(diào)制器信號(hào)之間存在特定的關(guān)系。在正常輸入范圍內(nèi)，輸出位流中1的密度可以通過公式 (rho=left(left|V{Clipping }right|+V{IN }right) /left(2 × V_{Clipping }right)) 計(jì)算。當(dāng)輸入為滿量程信號(hào)時(shí)，器件會(huì)在DOUT引腳每128位生成一個(gè)單一的1或0，以指示正確的器件功能。當(dāng)高側(cè)電源（AVDD）缺失時(shí)，輸出為恒定的邏輯0位流。

5. 設(shè)計(jì)與應(yīng)用建議

5.1 典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

在典型應(yīng)用中，負(fù)載電流通過外部分流電阻RSHUNT產(chǎn)生電壓降，AMC0x06M25-Q1的高側(cè)電路感測該電壓降，將其數(shù)字化并通過隔離屏障傳輸?shù)降蛡?cè)。低側(cè)電路在DOUT引腳輸出與CLKIN引腳時(shí)鐘同步的數(shù)字位流，該位流由微控制器（MCU）或FPGA中的低通數(shù)字濾波器處理。

5.2 輸入濾波器設(shè)計(jì)

為了提高信號(hào)路徑的信噪比，應(yīng)在器件前端放置一個(gè)差分RC濾波器。濾波器電容（C5）最小為10nF，截止頻率至少比 (Delta sum) 調(diào)制器的采樣頻率（ (f_{CLKIN}) ）低一個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)，應(yīng)確保從模擬輸入測量的阻抗相等（R1等于R2），并放置C6和C7電容以提高高頻共模抑制和失調(diào)電壓性能。

5.3 位流濾波

調(diào)制器生成的位流需要通過數(shù)字濾波器處理以獲得與輸入電壓成比例的數(shù)字字。推薦使用sinc3型濾波器，它具有簡單的結(jié)構(gòu)和出色的輸出性能，在本器件的所有特性表征中均使用該濾波器。TI的C2000或Sitara微控制器系列可用于調(diào)制器輸出位流的濾波，同時(shí)，TI官網(wǎng)提供了Delta Sigma調(diào)制器濾波器計(jì)算器和相關(guān)應(yīng)用筆記，幫助工程師進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)。

5.4 電源設(shè)計(jì)

在典型應(yīng)用中，AMC0x06M25-Q1的高側(cè)電源（AVDD）可由低側(cè)電源（DVDD）通過隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器生成。推薦使用基于推挽驅(qū)動(dòng)器SN6501-Q1和變壓器的低成本方案。同時(shí)，要注意對(duì)電源進(jìn)行去耦處理，使用低ESR的100nF和1μF電容，并將其盡可能靠近器件放置。

5.5 布局設(shè)計(jì)

布局時(shí)，應(yīng)將去耦和濾波電容盡可能靠近AMC0x06M25-Q1的輸入引腳。避免在器件輸入處直接將GND1短接到INN，應(yīng)將接地連接作為單獨(dú)的走線直接連接到分流電阻。同時(shí)，不要讓器件輸入在通電時(shí)處于懸空狀態(tài)，以防止輸入偏置電流將輸入驅(qū)動(dòng)到超出工作共模輸入電壓的正值。

6. 總結(jié)

AMC0x06M25-Q1以其高精度、高可靠性和出色的隔離性能，為汽車電子領(lǐng)域的電流傳感應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要充分考慮其特性和工作原理，合理進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和布局，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。你在使用類似調(diào)制器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。