德州儀器AMC1204的應(yīng)用指南

　　摘要

　　AMC1204 是一款二階隔離Delta-Sigma 調(diào)制器，由于其出色的直流特性、交流特性及隔離特性，廣泛應(yīng)用在通信電源系統(tǒng)、逆變器、整流器、UPS 及電機(jī)控制中，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源電壓及電流的檢測和監(jiān)控。本文簡單介紹了AMC1204 的工作原理，重點(diǎn)討論輸入采樣電阻阻抗對AMC1204 轉(zhuǎn)換精度的影響以及調(diào)制器輸出濾波器的設(shè)計(jì)。

　　1 AMC1204 簡介

　　AMC1204 是一款二階隔離Delta-Sigma 調(diào)制器。如圖1 所示，它使用TI 特有的電容隔離技術(shù)，滿足UL1577，IEC60747-5-2 及CSA 認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，隔離工作電壓可達(dá)1200Vpeak，瞬間隔離電壓達(dá)4000Vpeak，共模瞬態(tài)抑制在15KV/us 以上。電容隔離器件具有同電感隔離器件相比更高的磁場抗擾性及可靠性，同光耦隔離器件相比更低的功耗等這些顯著的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)AMC1204 內(nèi)部集成了高精度的Delta-Sigma 調(diào)制器，電路設(shè)計(jì)簡單，被廣泛應(yīng)用于通信電源系統(tǒng)、逆變器、整流器、UPS 及電機(jī)控制等場景。

　　圖1 AMC1204 內(nèi)部示意框圖

　　AMC1204 具有出色的直流特性，DNL 誤差小于1LSB，INL 誤差最大為8LSB（-40℃至85℃），失調(diào)誤差1mV，增益誤差小于2%。如果將失調(diào)和增益誤差校正后，不考慮電源及溫度的影響，由ADC 引入的誤差僅為0.012%。此外，AMC1204 也表現(xiàn)出了不錯(cuò)的交流特性， SNR 可達(dá)88dB，THD 可達(dá)-96dB，有效位數(shù)ENOB可達(dá)14bit（OSR=256，濾波器）。因此，AMC1204 可以滿足絕大多數(shù)高精度系統(tǒng)的使用要求。圖2 是在通信系統(tǒng)電源中的一個(gè)檢測電壓和電流的典型應(yīng)用電路，該電路使用兩片AMC1204 實(shí)現(xiàn)對48V 電源的電壓監(jiān)測及負(fù)載電流檢測，輸出數(shù)字信號給后端進(jìn)行處理，不需要額外使用隔離器件，應(yīng)用電路設(shè)計(jì)更簡單、更可靠。

　　圖2 48V 通信電源電壓/電流檢測電路

　　1 外圍電路設(shè)計(jì)對轉(zhuǎn)換精度的影響分析

　　在電路設(shè)計(jì)中，影響AMC1204 轉(zhuǎn)換精度主要是外圍電路的電阻取值，尤其在通過電阻分壓電路測試電壓值的應(yīng)用場景中。下面分析輸入采樣電阻對AMC1204 轉(zhuǎn)換精度的影響。

　　1.1 輸入等效電路及分析

　　AMC1204 的輸入等效電路如圖3 所示，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，完成一次采樣/放電，輸入等效電阻。當(dāng)AMC1204 的輸入時(shí)鐘頻率為5MHz 時(shí)，等效阻抗約為50KΩ；當(dāng)輸入時(shí)鐘頻率為20MHz 時(shí)，等效阻抗約為12.5KΩ。如果待測信號的阻抗較大，則輸入等效阻抗的影響不能忽略，因?yàn)檫@將可能嚴(yán)重影響到ADC 轉(zhuǎn)換的精度。因此，實(shí)際使用時(shí)，需要根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，選擇滿足測量精度的采樣電阻值。

　　圖3 AMC1204 輸入等效電路

　　以圖4 所示電路為例， 如果不考慮器件輸入等效電阻的影響， 輸入差分電壓理論值為

　　?？紤]到輸入等效電阻， 實(shí)際輸入差分電壓應(yīng)為。

　　圖4 AMC1204 測試電路

　　以為例，則當(dāng)時(shí)，由輸入等效電阻引入的誤差約為0.96%；當(dāng)時(shí)，由輸入等效電阻引入的誤差約為0.1%。因此，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果要系統(tǒng)精度達(dá)到1%以上，則需要采樣電阻的阻抗小于0.01，以盡量減小由輸入采樣電阻引入的誤差?！　?.1 電路設(shè)計(jì)例子

　　使用圖4 所示電路測量不同輸入采樣電阻和時(shí)鐘頻率情況下AMC1204 轉(zhuǎn)換精度。實(shí)驗(yàn)使用作為調(diào)制器后端的硬件濾波器，濾波器配置為型，過采樣率（OSR）設(shè)置為256。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。是輸入電壓的目標(biāo)值，是VINP 管腳與VINN 管腳之間電壓實(shí)測值，是VINP 管腳與VINN 管腳之間電壓理論計(jì)算值（考慮到輸入阻抗的影響），是由調(diào)制器的輸出經(jīng)濾波器后的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

　　1.1 小結(jié)

　　以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，實(shí)測的輸入電壓值與考慮到輸入阻抗計(jì)算得到的理論值基本一致，實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)與理論分析基本吻合。輸入時(shí)鐘頻率直接決定了AMC1204 的輸入阻