深入剖析AMC0x03M0510：高精度隔離式ΔΣ調(diào)制器的卓越之選

在當(dāng)今電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，高精度的電流傳感和可靠的隔離功能至關(guān)重要。AMC0x03M0510作為一款精密的、具有內(nèi)部時(shí)鐘的±50mV輸入隔離式ΔΣ調(diào)制器，為眾多應(yīng)用場景提供了理想的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款調(diào)制器的特點(diǎn)、性能和應(yīng)用。

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產(chǎn)品概述

AMC0x03M0510系列包含AMC0203M0510和AMC0303M0510兩款產(chǎn)品，它們專為高分辨率分流式電流傳感設(shè)計(jì)，采用單通道、二階CMOS ΔΣ調(diào)制技術(shù)，能在高共模電壓環(huán)境下實(shí)現(xiàn)精確的電流監(jiān)測。該系列調(diào)制器具有線性輸入電壓范圍為±50mV，適用于連接低阻抗分流電阻，廣泛應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、光伏逆變器、服務(wù)器電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域。

關(guān)鍵特性解析

電氣性能卓越

• 低直流誤差：偏移誤差最大僅為±100μV，偏移漂移最大為±1μV/°C，增益誤差最大為±0.2%，增益漂移最大為±30ppm/°C。如此低的誤差和漂移，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，能夠有效抵抗共模瞬態(tài)干擾，保證在復(fù)雜電磁環(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)，減少了對周圍電子設(shè)備的干擾，提高了系統(tǒng)的電磁兼容性。

隔離性能可靠

• 不同隔離等級可選：AMC0203M0510提供基本隔離，AMC0303M0510提供增強(qiáng)隔離，滿足不同應(yīng)用場景對隔離的要求。
• 安全認(rèn)證齊全：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)的安全性提供了有力保障。

寬工作范圍

• 電源電壓范圍寬：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，適應(yīng)不同的電源系統(tǒng)。
• 溫度范圍廣：在 - 40°C至 + 125°C的擴(kuò)展工業(yè)溫度范圍內(nèi)完全規(guī)格化，可在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理

模擬輸入

采用全差分、開關(guān)電容電路，動(dòng)態(tài)輸入阻抗在10MHz時(shí)為13kΩ。采樣電容以時(shí)鐘頻率 (f{CLK}) 連續(xù)充電和放電，通過控制開關(guān)S1和S2實(shí)現(xiàn)對輸入電壓的采樣和處理。在設(shè)計(jì)時(shí)，需注意將輸入電壓限制在絕對最大額定值范圍內(nèi)，避免ESD二極管損壞，并將差分模擬輸入電壓保持在規(guī)定的滿量程范圍（(V{FSR})）和輸入共模電壓范圍（(V_{CM})）內(nèi)，以保證設(shè)備的噪聲和線性度性能。

調(diào)制器

二階開關(guān)電容前饋ΔΣ調(diào)制器是其核心部分。通過將1位數(shù)字 - 模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）的輸出 (V{5}) 與輸入電壓 (V{IN}) 相減，得到模擬電壓 (V{1}) 輸入到第一積分器階段，經(jīng)過兩級積分和求和處理，最終根據(jù)比較器的輸出改變DAC的輸出，使積分器輸出值跟蹤輸入的平均值。為了降低偏移和偏移漂移，積分器采用斬波穩(wěn)定技術(shù)，斬波頻率設(shè)置為 (f{CLK} / 16)。

隔離通道信號傳輸

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)制器輸出的位流。內(nèi)部產(chǎn)生的高頻載波（標(biāo)稱頻率為480MHz）用于表示數(shù)字1，無信號傳輸表示數(shù)字0。這種傳輸方式優(yōu)化了通道，實(shí)現(xiàn)了高共模瞬態(tài)抗擾度和低輻射發(fā)射。

數(shù)字輸出

輸入信號為0V時(shí)，輸出的1和0流在理想情況下高電平占比為50%；輸入為50mV時(shí)，高電平占比為90.0%；輸入為 - 50mV時(shí)，高電平占比為10.0%。在滿量程輸入情況下，設(shè)備會(huì)每128個(gè)時(shí)鐘周期產(chǎn)生一個(gè)1或0，以指示設(shè)備正常工作；當(dāng)高側(cè)電源（AVDD）缺失時(shí)，輸出為恒定的邏輯0流。這種輸出特性有助于在系統(tǒng)級區(qū)分不同的故障情況。

應(yīng)用指南

典型應(yīng)用場景

AMC0x03M0510主要用于基于分流器的電流傳感應(yīng)用，尤其適用于需要在高共模電壓下進(jìn)行精確電流監(jiān)測的場景。例如，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)電流，實(shí)現(xiàn)精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制；在光伏逆變器中，可用于監(jiān)測光伏電池板的輸出電流，提高發(fā)電效率。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 電源設(shè)計(jì)：高側(cè)電源（AVDD）可由低側(cè)電源（DVDD）通過隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器生成，如基于推挽驅(qū)動(dòng)器SN6501和變壓器的方案。同時(shí)，需要對電源進(jìn)行解耦，在靠近設(shè)備的位置分別放置低ESR的100nF和1μF電容。
• 輸入濾波設(shè)計(jì)：在設(shè)備前端放置差分RC濾波器（R1、R2、C5），以提高信號路徑的信噪比。濾波器電容（C5）最小為10nF，截止頻率至少比分流器調(diào)制器的采樣頻率（(f_{CLK})）低一個(gè)數(shù)量級。此外，還需放置C6和C7電容以提高高頻共模抑制和偏移電壓性能。
• 位流濾波：調(diào)制器生成的位流需要通過數(shù)字濾波器進(jìn)行處理，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，其具有簡單、硬件成本低的優(yōu)點(diǎn)，且在本產(chǎn)品中所有特性表征均基于該濾波器。TI的C2000或Sitara微控制器系列支持多通道專用硬件濾波結(jié)構(gòu)，可簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

總結(jié)

AMC0x03M0510以其卓越的電氣性能、可靠的隔離功能和廣泛的應(yīng)用適應(yīng)性，成為電子工程師在高精度電流傳感應(yīng)用中的理想選擇。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要充分考慮其各項(xiàng)特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。你在實(shí)際應(yīng)用中是否使用過類似的調(diào)制器？遇到過哪些問題？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。