1 概述
MAX9949/MAX9950是双通道参数测量单元(PMU),具有四种主要工作模式:
FIMI—加流/测流
FIMV—加流/测压
FVMI—加压/测流
FVMV—加压/测压
本文没有讨论两种辅助操作模式,即:无加载信号/测压(FNMV)和无加载信号/测流(FNMI)。关于这两种模式的详细信息,请参照数据资料。
这篇应用笔记分章节讨论四种主要工作模式,每个章节根据等效框图说明芯片的功能。利用公式解释工作原理,并给出了配置实例。针对FIMI模式的表格给出了进一步的设计,MAX9949/MAX9950针对不同类型的ADC与MSR引脚连接进行配置。用户可以参考这些实例、配置、公式和表格,设置特殊的工作模式。
如需了解如何通过串口配置各种模式,请参照数据资料。
2 注意事项及附加说明
给出原理框图之前,首先提供以下附加说明。
本应用笔记的内容是对数据资料的补充,建议读者首先获取一份数据资料,确保所有设置都符合数据资料的规定。
本文所举示例假设PMU都已经过校准。为简化问题,假设所有失调为零。没有失调的器件在现实生活中并不存在,所有器件在实际使用之前都需要进行校准,以达到要求。
数据资料中的满量程范围(FSR)指从负向值到正向值的范围。比如,200?A的FSR范围为±200?A,共计400?A。其它量程±2?A、±2mA和±64mA同样如此换算。
线性误差表示为FSR的函数,通常在±0.02%范围内。如果我们选取2?A范围,则在整个4?A FSR范围内,线性误差为0.02% x 4?A = 80nA。
不要超过额定值指标,确保工作在数据资料规定的标称范围内。超出标称工作范围可能导致异常结果或损坏器件。
框图中椭圆内的数字代表节点电压,用户可以自行验证各节点值。框图采用理想运放的SPICE模型进行仿真,节点电压值即为仿真结果。
在FI (加流)模式下,电流正比于[VIN - VIOS]。
表中给出了如何针对单极性和双极性ADC设置IOS。
所有示例框图采用15.5kΩ负载,RSENSE = 10kΩ,量程设为200?A。框图适用于任何负载和任何量程。
本应用笔记也适用于MAX9951/MAX9952 PMU,但有两点例外:反馈环路增益倍数是4而不是2;所使用的检测电阻值翻倍。
3 FIMI模式
图1. 示例配置的FIMI模式等效框图
由图1可以观察到:
MSR引脚监测IN输入电压,加上或减去U1、U2、U3、U4和U5的全部失调电压。MSR引脚自身并不直接检测输入电流,IFORCE电流正比于VIN - VIOS:
图1给出了一个设置,其中,IN = 3.456V,IOS = 1.234V,负载为15.5kΩ。利用式1和RSENSE = 10kΩ (±200?A量程),得到IFORCE = 111.1A。
通过计算流过RSENSE的电流可以确认IFORCE的计算:
负载端:
IRLOAD = 1.722/15,500 = 111.0968?A (误差源于3位分辨率)
表1. FIMI配置示例,可在MSR引脚选择单极性或双极性输入ADC
表1说明如何使用IOS引脚配置芯片,以支持单极性ADC (本例中,-4V至+4V)或双极性ADC (0V至8V)。由此,客户可以针对其应用需求在较宽范围选择ADC。表1示例采用200?A量程(RSENSE = 10kΩ),但相同的设置适用于所有量程。
4 FIMV模式
图2. 示例配置的FIMV模式等效框图
FIMV节点与FIMI模式基本相同,只是输出端或FORCE引脚电压由MSR引脚监测(图2)。FORCE引脚输出电流与图1完全相同,所有计算过程也相同。
5 FVMI模式
图3. 示例配置的FVMI模式等效框图
在FVMI模式下,FORCE引脚电压强制等于IN引脚电压(图3),因此,VFORCE = VIN。
从图3很容易看到这一点:
ILOAD = VIN/RLOAD = 3.456/15,500 = 222.97?A (式3)
因为RSENSE = 10kΩ,量程为200?A。但我们超出200?A FSR量程22.97?A。考虑到每个设定量程都有一定裕量,超出FSR指标,所以这个结果是可接受的。MSR引脚通过IOS引脚电压偏置为:VMSR = 2 × (ILOAD × RSENSE) + VIOS。
6 FVMV模式
图4. 示例配置的FVMV模式等效框图
图4显示强制输出为IN电压,MSR引脚监控该电压或加压。因此,ILOAD = VIN/RLOAD。
7 结论
本应用笔记在数据资料的基础上详细说明了MAX9949/MAX9950 PMU器件的四种主要工作模式,并给出了每种模式下的等效框图和设置示例,便于实际评估。
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