AMC3301：高精度隔離放大器的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，一款性能出色且可靠的隔離放大器是實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量和信號(hào)處理的關(guān)鍵。今天，我們就來(lái)深入探討一下德州儀器（TI）推出的AMC3301高精度隔離放大器，它在工業(yè)應(yīng)用中展現(xiàn)出了諸多令人矚目的特性。

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一、AMC3301特性剖析

電源與輸入特性

AMC3301支持3.3V或5V單電源供電，并且集成了DC/DC轉(zhuǎn)換器，這一設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化了電源電路的設(shè)計(jì)。其輸入電壓范圍為±250mV，非常適合使用分流電阻進(jìn)行電流測(cè)量。固定增益為8.2，能夠穩(wěn)定地放大輸入信號(hào)。

低直流誤差表現(xiàn)

在直流誤差方面，AMC3301表現(xiàn)卓越。它的失調(diào)電壓最大為±150μV，失調(diào)漂移最大為±1μV/°C，增益誤差最大為±0.2%，增益誤差漂移最大為±40ppm/°C，非線性度最大為±0.04%。這些參數(shù)保證了在不同溫度和工作條件下，放大器能夠提供高精度的測(cè)量結(jié)果。

高共模瞬態(tài)抗擾度

高共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）是AMC3301的一大亮點(diǎn)，其最小值達(dá)到85kV/μs。這使得它在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中，能夠有效抵抗共模干擾，確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。

系統(tǒng)診斷與安全認(rèn)證

AMC3301具備系統(tǒng)級(jí)診斷功能，方便工程師實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)。同時(shí)，它還滿足CISPR - 11和CISPR - 25電磁干擾標(biāo)準(zhǔn)，并且獲得了多項(xiàng)安全認(rèn)證，如6000 VPK加強(qiáng)隔離（DIN EN IEC 60747 - 17）和4250VRMS隔離1分鐘（UL1577），為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了可靠保障。

寬溫度范圍工作

該放大器在擴(kuò)展的工業(yè)溫度范圍（–40°C至+125°C）內(nèi)都能完全滿足規(guī)格要求，適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。

二、AMC3301的應(yīng)用場(chǎng)景

隔離式分流電流檢測(cè)

AMC3301在需要基于分流器進(jìn)行電流檢測(cè)的應(yīng)用中表現(xiàn)出色，如保護(hù)繼電器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電源和光伏逆變器等。以光伏逆變器為例，在LCL濾波器的電網(wǎng)側(cè)測(cè)量相電流時(shí)，系統(tǒng)中存在較大的共模電壓，而AMC3301集成的隔離電源能夠解決高側(cè)電源供電的難題，實(shí)現(xiàn)最佳位置的電流檢測(cè)。

三、AMC3301的詳細(xì)設(shè)計(jì)

功能框圖與信號(hào)傳輸

AMC3301的輸入級(jí)由全差分放大器驅(qū)動(dòng)二階ΔΣ調(diào)制器，將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字位流。數(shù)據(jù)通過(guò)電容式SiO?隔離屏障傳輸，采用開(kāi)關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制方案，確保信號(hào)的高效隔離和傳輸。

模擬輸入與輸出特性

模擬輸入方面，差分放大器輸入級(jí)為二階開(kāi)關(guān)電容前饋ΔΣ調(diào)制器提供信號(hào)。輸入信號(hào)需滿足一定條件，如輸入電壓需在絕對(duì)最大額定值范圍內(nèi)，且要在推薦的線性滿量程范圍和共模輸入電壓范圍內(nèi)，以保證設(shè)備的線性度和參數(shù)性能。

模擬輸出為差分輸出，對(duì)于±250mV的差分輸入電壓，提供標(biāo)稱增益為8.2的線性響應(yīng)。當(dāng)輸入超出范圍時(shí)，輸出會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。此外，AMC3301還提供故障安全輸出，在高側(cè)電源故障或輸出電壓低于閾值時(shí)，輸出負(fù)差分電壓，方便系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。

隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器

集成的隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器包括低側(cè)LDO、全橋逆變器和驅(qū)動(dòng)器、片上變壓器、高側(cè)全橋整流器和高側(cè)LDO。采用擴(kuò)頻時(shí)鐘生成技術(shù)，減少電磁輻射的頻譜密度。該轉(zhuǎn)換器能夠?yàn)锳MC3301的高側(cè)電路供電，并可為輔助電路提供額外的直流電流。

診斷輸出功能

開(kāi)漏DIAG引腳可用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)。在電源啟動(dòng)時(shí)，該引腳被拉低，直到高側(cè)電源穩(wěn)定且設(shè)備正常工作。正常運(yùn)行時(shí)，引腳處于高阻態(tài)，通過(guò)外部上拉電阻拉高。當(dāng)出現(xiàn)高側(cè)電源故障或輸出電壓異常時(shí)，DIAG引腳會(huì)被拉低，同時(shí)放大器輸出故障安全值。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與建議

最佳設(shè)計(jì)實(shí)踐

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要避免AMC3301的模擬輸入引腳懸空，應(yīng)將負(fù)輸入（INN）連接到高側(cè)地（HGND），以定義輸入共模電壓。高側(cè)LDO可提供有限的電流，注意不要過(guò)載；低側(cè)LDO不適合為外部電路供電，不要連接外部負(fù)載。

電源供應(yīng)建議

推薦使用低ESR的去耦電容對(duì)電源進(jìn)行濾波。在VDD引腳附近放置1nF和1μF的電容，DC/DC轉(zhuǎn)換器的低側(cè)和高側(cè)也需使用合適的電容進(jìn)行去耦。同時(shí)，要考慮電容在實(shí)際應(yīng)用中的有效電容值，選擇合適的電容型號(hào)。

布局設(shè)計(jì)

布局時(shí)，去耦電容應(yīng)盡量靠近AMC3301的電源引腳。分流電阻應(yīng)靠近輸入引腳，并保持連接對(duì)稱。為避免輸入偏置電流引起測(cè)量誤差，高側(cè)地引腳（HGND）應(yīng)通過(guò)單獨(dú)的走線連接到分流電阻的INN側(cè)。

五、總結(jié)

AMC3301以其高精度、高可靠性和豐富的功能特性，成為工業(yè)應(yīng)用中隔離式電流檢測(cè)的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要充分了解其特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，合理進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和布局，以發(fā)揮出該放大器的最佳性能。大家在使用AMC3301的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)什么特別的問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。