AMC1306M05-Q1：汽車應(yīng)用中的高精度隔離調(diào)制器

引言

在汽車電子的發(fā)展浪潮中，對高精度、高可靠性的電流和電壓測量需求日益增長。AMC1306M05-Q1作為一款專為汽車應(yīng)用設(shè)計的高精度、±50 - mV輸入、增強(qiáng)型隔離Δ - Σ調(diào)制器，為解決汽車電子系統(tǒng)中的測量難題提供了理想方案。本文將深入剖析AMC1306M05-Q1的特性、應(yīng)用、詳細(xì)設(shè)計等方面，為電子工程師在實際設(shè)計中提供參考。

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特性亮點

汽車級認(rèn)證與安全能力

AMC1306M05-Q1通過了AEC - Q100汽車應(yīng)用認(rèn)證，溫度等級為1，可在 - 40°C至 + 125°C的環(huán)境溫度下穩(wěn)定工作。同時，它具備功能安全能力，還提供相關(guān)文檔輔助功能安全系統(tǒng)設(shè)計，為汽車安全應(yīng)用提供了有力保障。

高精度測量

該調(diào)制器的線性輸入電壓范圍為±50 mV，具有極低的直流誤差。偏移誤差最大為±50 μV，偏移漂移最大為1 μV/°C；增益誤差最大為±0.2%，增益漂移最大為±40 ppm/°C。這些優(yōu)異的參數(shù)確保了在各種工況下都能實現(xiàn)高精度的測量。

高抗干擾能力

其共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）最低為100 kV/μs，能夠有效抵抗高速共模瞬態(tài)干擾。同時，它還滿足CISPR - 11和CISPR - 25標(biāo)準(zhǔn)，具有低電磁干擾（EMI）特性，減少了對周圍電子設(shè)備的干擾。

安全認(rèn)證

在安全認(rèn)證方面，它符合DIN VDE V 0884 - 11: 2017 - 01標(biāo)準(zhǔn)，可提供高達(dá)7070 - PEAK的增強(qiáng)型隔離；根據(jù)UL1577標(biāo)準(zhǔn)，能承受5000 - VRMS的隔離電壓1分鐘，為系統(tǒng)的電氣安全提供了可靠保障。

應(yīng)用領(lǐng)域

AMC1306M05-Q1主要應(yīng)用于基于分流電阻的電流傳感和隔離電壓測量，具體包括以下幾個方面：

• 牽引逆變器：在電動汽車的牽引逆變器中，精確的電流測量對于控制電機(jī)的輸出功率和效率至關(guān)重要。AMC1306M05-Q1的高精度和高抗干擾能力能夠滿足牽引逆變器的測量需求。
• 車載充電器：車載充電器需要對充電電流進(jìn)行精確控制，以確保電池的安全和高效充電。該調(diào)制器的低直流誤差和高線性度能夠為車載充電器提供準(zhǔn)確的電流測量。
• DC/DC轉(zhuǎn)換器：DC/DC轉(zhuǎn)換器在汽車電子系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，AMC1306M05-Q1可用于監(jiān)測轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出電流，提高轉(zhuǎn)換器的性能和穩(wěn)定性。
• HEV/EV直流充電器：對于混合動力汽車和電動汽車的直流充電器，高精度的電流和電壓測量是實現(xiàn)快速、安全充電的關(guān)鍵。AMC1306M05-Q1能夠滿足HEV/EV直流充電器的測量要求。

詳細(xì)描述

功能框圖與工作原理

AMC1306M05-Q1的輸入級由一個全差分放大器組成，該放大器將信號輸入到二階開關(guān)電容Δ - Σ調(diào)制器中。調(diào)制器將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字位流，并通過隔離屏障傳輸?shù)降蛡?cè)。隔離屏障采用基于二氧化硅（SiO?）的電容隔離技術(shù)，具有高磁場抗擾度，確保了信號傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

特性分析

模擬輸入

差分放大器輸入級為二階開關(guān)電容前饋Δ - Σ調(diào)制器提供信號。為了降低偏移和偏移漂移，差分放大器采用斬波穩(wěn)定技術(shù)，開關(guān)頻率設(shè)置為fCLKIN / 32。模擬輸入信號INP和INN需要滿足一定的條件，輸入電壓需在絕對最大額定值和推薦工作條件范圍內(nèi)，以確保設(shè)備的線性度和性能。

調(diào)制器

二階開關(guān)電容前饋Δ - Σ調(diào)制器將模擬輸入電壓轉(zhuǎn)換為位流。它將量化噪聲轉(zhuǎn)移到高頻，因此需要在設(shè)備輸出端使用低通數(shù)字濾波器來提高整體性能。TI的C2000?和Sitara?微控制器系列提供了適合的可編程、硬連線濾波器結(jié)構(gòu)，可用于實現(xiàn)濾波器功能。

隔離通道信號傳輸

AMC1306M05-Q1采用開關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制方案，通過SiO?基隔離屏障傳輸調(diào)制器輸出位流。發(fā)射驅(qū)動器在隔離屏障上傳輸內(nèi)部生成的高頻載波來表示數(shù)字1，不發(fā)送信號表示數(shù)字0。接收器恢復(fù)并解調(diào)信號，該傳輸通道優(yōu)化了共模瞬態(tài)抗擾度和輻射發(fā)射性能。

數(shù)字輸出

差分輸入信號與輸出位流之間存在特定的關(guān)系。當(dāng)輸入電壓超出指定范圍時，調(diào)制器輸出會出現(xiàn)非線性行為。在滿量程輸入、輸入共模過范圍和高側(cè)電源缺失等情況下，輸出位流會有不同的表現(xiàn)，這些特性有助于系統(tǒng)識別故障情況。

應(yīng)用與實現(xiàn)

典型應(yīng)用

在典型的電流傳感應(yīng)用中，負(fù)載電流流經(jīng)外部分流電阻RSHUNT產(chǎn)生電壓降，AMC1306M05-Q1對該電壓降進(jìn)行數(shù)字化處理，并將數(shù)據(jù)通過隔離屏障傳輸?shù)降蛡?cè)。高側(cè)電源（AVDD）可通過電阻和齊納二極管從浮動柵極驅(qū)動器電源獲取。

設(shè)計要求與步驟

設(shè)計要求

典型應(yīng)用的設(shè)計要求包括高側(cè)和低側(cè)電源電壓范圍，以及分流電阻上的電壓降限制。

詳細(xì)設(shè)計步驟

• 分流電阻選型：根據(jù)歐姆定律計算分流電阻上的電壓降，選擇電阻值時需考慮標(biāo)稱電流范圍和最大允許過電流下的電壓降，確保不超過推薦的差分輸入電壓范圍和導(dǎo)致削波輸出的輸入電壓。
• 輸入濾波器設(shè)計：在隔離放大器前放置RC濾波器，以提高信號路徑的信噪比。濾波器的截止頻率應(yīng)至少比Δ - Σ調(diào)制器的采樣頻率低一個數(shù)量級，同時要保證輸入偏置電流不會在輸入濾波器的直流阻抗上產(chǎn)生顯著的電壓降，且從模擬輸入測量的阻抗應(yīng)相等。
• 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，以獲得類似于傳統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的轉(zhuǎn)換結(jié)果。推薦使用sinc3型濾波器，TI提供了Delta Sigma Modulator Filter Calculator工具，可輔助濾波器設(shè)計和選擇合適的過采樣比（OSR）和濾波器階數(shù)。

電源供應(yīng)與布局建議

電源供應(yīng)

AMC1306M05-Q1不需要特定的上電順序。高側(cè)和低側(cè)電源分別使用低ESR的100 - nF和1 - μF電容進(jìn)行去耦，這些電容應(yīng)盡可能靠近設(shè)備放置。高側(cè)接地參考（AGND）應(yīng)從連接到設(shè)備負(fù)輸入（INN）的分流電阻端引出，為了獲得最佳的直流精度，建議使用單獨的走線進(jìn)行連接。

布局建議

布局時，去耦電容應(yīng)盡可能靠近AMC1306M05-Q1的電源引腳，分流電阻應(yīng)靠近INP和INN輸入，并保持連接布局對稱。同時，要注意保持隔離區(qū)域的間隙，避免導(dǎo)電材料干擾。

總結(jié)

AMC1306M05-Q1以其高精度、高抗干擾能力、豐富的安全認(rèn)證和靈活的應(yīng)用特性，成為汽車電子系統(tǒng)中電流和電壓測量的理想選擇。電子工程師在設(shè)計過程中，應(yīng)充分考慮其特性和應(yīng)用要求，合理進(jìn)行電路設(shè)計、濾波器選擇和布局優(yōu)化，以實現(xiàn)系統(tǒng)的高性能和可靠性。你在使用AMC1306M05-Q1進(jìn)行設(shè)計時，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。