本系列文章的第 2 部分介紹如何測(cè)量高壓或負(fù)電源軌上的電流，以及如何為 I 設(shè)置配置寄存器星期一傳感方法。本文介紹了測(cè)量電流的精度考慮因素，并提供了有關(guān)使用LTpowerPlay對(duì)器件進(jìn)行編程的說(shuō)明。在第 1 部分中，我們介紹了電流檢測(cè)的一般概念，包括各種方法和電路拓?fù)洹?/p>

超越極限

LTC297x 器件對(duì)施加到檢測(cè)引腳的電壓具有限制，兩者均為 V意義和我意義.限值為6 V。對(duì)于以下大部分內(nèi)容，我們將討論LTC297x系列的大部分產(chǎn)品，LTC2971除外，其限制為±60 V。對(duì)于大于6 V的電源軌或負(fù)電源，必須設(shè)計(jì)一種間接檢測(cè)電感或檢測(cè)電阻兩端電壓的方法。

電阻分壓器

電源電壓高于最大額定電壓 I意義引腳，人們可能會(huì)試圖使用兩個(gè)分壓器。這似乎是一個(gè)合理的想法，直到你計(jì)算出分割“信號(hào)”的誤差。分壓器放置在檢測(cè)元件的每一側(cè)。“輸出”取自每個(gè)分壓器，并饋入 LTC297x 檢測(cè)引腳。如果上下電阻比相互匹配，則可實(shí)現(xiàn)精確分頻高壓信號(hào)的目標(biāo)。電源軌電壓被分壓足以使 LTC297x 輸入保持在限值內(nèi)，并且分壓輸出產(chǎn)生一個(gè)可由 LTC297x 測(cè)量的比例電壓。但是，所需的電阻容差使得這種方法不切實(shí)際。此外，電壓分壓越多，誤差就越大。例如，如果只有一個(gè)電阻的誤差為0.1%，則結(jié)果是固定失調(diào)誤差。增益誤差貢獻(xiàn)很小，失調(diào)誤差占主導(dǎo)地位。

例如，假設(shè)您需要測(cè)量12 V電源的輸出電流。電源支持2 A電流和一個(gè)10 mΩ分流電阻（R社交網(wǎng)絡(luò)） 放置在輸出路徑中。分流器將在滿載時(shí)產(chǎn)生20 mV信號(hào)。3分頻電路是合適的選擇，頂部和底部電阻分別選擇為2 kΩ和1 kΩ。這放置了 I 的共模電壓意義引腳為 4 V。如 LTC297x 器件所示，使用相對(duì)較低的值是為了保持較低的源阻抗，以減少分壓器的戴維寧等效電阻引起的漏電流引起的誤差。

圖1.用于電流檢測(cè)的電阻分壓器會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。

假設(shè)處于空載狀態(tài)，所有電阻都是完美的。每個(gè)分頻器中點(diǎn)將為4.00 V，增量V將為零。因此，LTC297x的READ_IOUT值為0.000 A。但是，如果2 kΩ元件之一的電阻高0.1%（2002 Ω），則δV將為2.665 mV。但請(qǐng)記住，滿量程為 20 mV/3 或 6.667 mV，如 I 所示。意義引 腳。2.665 mV讀數(shù)轉(zhuǎn)換為0.4 A的輸出電流。這是預(yù)期滿量程讀數(shù)的 40%！如前所述，引入的誤差是失調(diào)誤差，而不是增益誤差。盡管如此，這是一個(gè)很大的錯(cuò)誤。這種方法對(duì)電阻容差過(guò)于敏感，我們必須尋找另一種解決方案。

高邊檢測(cè)放大器

由于LTC2972/LTC2974/LTC2975對(duì)I的電壓限制為6 V。意義引腳，這個(gè)問(wèn)題的解決方案是使用高端電流檢測(cè)放大器（CSA）進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。LT6100 / LTC6101 很常用于固定 / 用戶可選增益。精度比分壓電阻好得多。

圖2.用作電平轉(zhuǎn)換器的電流檢測(cè)放大器。

以下是相關(guān)的方程和條件：

V外CSA = I負(fù)荷×·社交網(wǎng)絡(luò)× （R2 / R1）

設(shè)置IOUT_CAL_GAIN = R社交網(wǎng)絡(luò)× （R2 / R1）

保持 V愛(ài)森普< ±170毫伏

LTC2971 用于高電壓軌上的電流檢測(cè)

對(duì)于高電壓軌，請(qǐng)使用LTC2971（2通道DPSM）直接檢測(cè)高達(dá)60 V的電流和電壓。LTC2971 提供四種不同的訂購(gòu)選項(xiàng)。LTC2971-1在一個(gè)通道上支持60 V檢測(cè)，在另一個(gè)通道上支持–60 V檢測(cè)。LTC2971-2在兩個(gè)通道上均支持–60 V，LTC2971-3選項(xiàng)支持60 V和1.8 V。LTC2971在兩個(gè)通道上均支持60 V檢測(cè)。直接連接到IOUT_SNS引腳可避免外部CSA，后者會(huì)增加成本、增加電路板空間并引入誤差。LTC2971 的電流測(cè)量準(zhǔn)確度為READ_IOUT讀數(shù)的 0.6%。

低側(cè)電流檢測(cè)

在某些情況下，可以選擇低側(cè)電流檢測(cè)。檢測(cè)電阻可以放置在負(fù)載的低端和I意義引腳連接在電阻器上。這允許 I意義引腳具有接近GND的共模電壓。對(duì)于大于6 V的電源電壓，它可能非常適合您的應(yīng)用。這是一個(gè)很好的解決方案，適用于測(cè)量幾乎任何電源軌上的電流，包括高壓軌。選擇 R意義值是獲得足夠大的信號(hào)以獲得良好精度與足夠低的電阻（不會(huì)產(chǎn)生明顯的IR壓降）之間的折衷，該電阻會(huì)導(dǎo)致負(fù)載所見(jiàn)輸出電壓下降，即負(fù)載調(diào)整率差。圖3顯示了V的反饋電阻和開(kāi)爾文檢測(cè)連接意義.開(kāi)爾文檢測(cè)是一個(gè)術(shù)語(yǔ)，用于描述與檢測(cè)元件的連接，其中不包括壓降。

應(yīng)注意為檢測(cè)電阻建立返回電流路徑。許多高密度板設(shè)計(jì)有多層接地澆注，因此允許返回電流流過(guò)多條路徑。使用分流電阻器使您能夠強(qiáng)制返回電流通過(guò)該元件，從而允許在元件上實(shí)現(xiàn)開(kāi)爾文檢測(cè)連接并連接回I意義PSM 設(shè)備的引腳。

圖3.低側(cè)檢測(cè)解決了高壓電流檢測(cè)，但也有缺點(diǎn)。

負(fù)電源軌上的電流檢測(cè)

有幾種不同的方法來(lái)監(jiān)視負(fù)電源的輸出電流。最簡(jiǎn)單的解決方案是使用低側(cè) CSA，例如 LTC6105。圖4顯示了通過(guò)分流器連接的輸入，CSA由PSM的VDD33和負(fù)電源軌本身的低側(cè)供電。輸出為單端信號(hào)，可連接到I意義或 V意義PSM 的引腳。

如果 CSA 連接到 I意義引腳，然后將IOUT_CAL_GAIN設(shè)置為 R社交網(wǎng)絡(luò)× 增益加航.例如，如果分流電阻為10 mΩ，CSA增益為10，則將IOUT_CAL_GAIN設(shè)置為100。IOUT_CAL_GAIN單位是毫歐。

圖4.使用一個(gè) CSA （LTC6105） 檢測(cè)電流。

使用 LTC2971-1 或 LTC2971-2 是監(jiān)視負(fù)電源上的輸出電流的最簡(jiǎn)單解決方案。這些是雙通道器件，LTC2971-2的兩個(gè)通道都可以本地檢測(cè)電源軌上的電流至–60 V。LTC2971-1 能夠檢測(cè)僅在通道 1 上的負(fù)軌上的電流。

圖5.檢測(cè)負(fù)電源軌上的電流，無(wú)需外部元件。

注意：LTC2971 的READ_VOUT值為 L16 格式，并且是無(wú)符號(hào)的。GUI中顯示的負(fù)電源軌電壓值是反相的。

圖6.LTC2971-1 通道 1 和兩個(gè) LTC2971-2 通道的 LTpowerPlay 設(shè)置選項(xiàng)卡。

我星期一例子

電流驅(qū)動(dòng) I星期一引腳允許用戶選擇一個(gè)電阻值來(lái)設(shè)置電流檢測(cè)增益和最大電壓。PSM器件測(cè)量I之間的電壓差森塞普和我森森引腳和檢測(cè)增益需要使用MFR_IOUT_CAL_GAIN設(shè)置，這與分流檢測(cè)類似。

LT3081 LDO 穩(wěn)壓器具有一個(gè) I星期一可用作示例的引腳。The LT3081 I星期一電流是負(fù)載電流除以 5000。假設(shè)使用2 kΩ電阻。我星期一每安培負(fù)載電流的引腳電壓為：

V伊蒙= （I負(fù)荷/ 5000） × 2000 Ω = 0.4 V/A

圖7.使用 LT3081 I星期一針。

如果負(fù)載電流為2 A，則I星期一電壓將為 0.8 V。從這個(gè)等式中，我們可以看到 I星期一只需增加 I 即可使電壓對(duì)負(fù)載電流更敏感星期一電阻值。如果我們這樣做，最大電壓（滿載）很可能是>1 V。PSM 設(shè)備的 I意義引腳需要適應(yīng)這種大的偏移。對(duì)于LTC2974/LTC2975，這違反了差分電壓，該電壓限制為±170 mV。幸運(yùn)的是，LTC2971和LTC2972具有一個(gè)配置位，當(dāng)設(shè)置imon_sense時(shí)，將電流檢測(cè)電路置于允許檢測(cè)高達(dá)6 V的單端電壓的模式。

圖8.MFR_CONFIG imon_sense位。

配置命令必須根據(jù)我們選擇的硬件進(jìn)行設(shè)置。在本例中，IOUT_CAL_GAIN應(yīng)設(shè)置為 400 （0.4 V/A）。單位是毫歐。如果沒(méi)有可能影響READ_IOUT值的溫度系數(shù)或熱時(shí)間常數(shù)，則其他與電流相關(guān)的命令可能具有默認(rèn)值。MFR_IOUT_CAL_GAIN_TC、MFR_IOUT_CAL_GAIN_TAU_ INV 和MFR_IOUT_CAL_GAIN_THETA的默認(rèn)值設(shè)置為零。

我星期一LT7101降壓型穩(wěn)壓器的引腳就是一個(gè)具有電壓驅(qū)動(dòng)輸出的引腳示例。輸出還具有失調(diào)電壓。也就是說(shuō)，在空載條件下，I星期一引腳位于0.4 V。起初，這似乎有問(wèn)題，因?yàn)椴罘蛛妷合拗禐椤?70 mV。但是，LTC2972 / LTC2971 PSM 器件能夠檢測(cè)這種類型的 I星期一引腳，并允許在 I 上提供更大的差分信號(hào)意義引 腳。讓我們通過(guò)一個(gè)真實(shí)的例子來(lái)工作。

圖9.使用 LT7101 I星期一針。

LTC2971 / LTC2972 可通過(guò)連接 LTC297x I 連接至 LT7101森森引腳接地并連接 I森塞普引腳到 I星期一針。命令值可以按如下方式計(jì)算：

從READ_IOUT方程開(kāi)始，

重寫IOUT_CAL_GAIN方程求解：

假設(shè) T校正= 1。

LT7101 的產(chǎn)品手冊(cè)提供了 I星期一1 A 和 0.25 A 負(fù)載電流的電壓電平分別為 1.21 V 和 0.603 V。因此，IOUT_CAL_GAIN值為：

IOUT_CAL_OFFSET是：

IOUT_CAL_OFFSET是負(fù)值，因?yàn)槲覀冃枰獪p小READ_IOUT值。您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)需要更改計(jì)算出的寄存器值，以便更好地將測(cè)量的負(fù)載電流與READ_IOUT讀數(shù)相關(guān)聯(lián)。這涉及添加校準(zhǔn)步驟。強(qiáng)制使用已知負(fù)載電流，將READ_IOUT值與預(yù)期值進(jìn)行比較，然后將調(diào)整后的值寫入IOUT_CAL_GAIN和/或IOUT_CAL_OFFSET。一般來(lái)說(shuō)，我星期一許多穩(wěn)壓器的精度不如檢測(cè)電阻的電流測(cè)量精確，但校準(zhǔn)電流測(cè)量將大大提高精度。

準(zhǔn)確性

電流測(cè)量的精度取決于其各部分的總和。在大多數(shù)系統(tǒng)中，精度在負(fù)載電流范圍的中高端非常重要。有些要求在輕負(fù)載條件下具有良好的精度，這意味著傳感鏈中的信號(hào)非常小。我們可以將精度部分分為四類：檢測(cè)元件、電路板布局、放大器和檢測(cè)測(cè)量電路。

在更詳細(xì)地介紹準(zhǔn)確性之前，需要定義術(shù)語(yǔ) TUE。總未調(diào)整誤差或 TUE 是每個(gè) LTC297x 數(shù)據(jù)手冊(cè)中列出的規(guī)格。有用于電壓和電流測(cè)量的 TUE 規(guī)格。TUE 是 PSM 器件內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源、增益和失調(diào)誤差（位于 V 路徑中的緩沖器和放大器）所貢獻(xiàn)的組合誤差意義或我意義引腳到芯片的數(shù)字部分。TUE 是所有過(guò)程變化和溫度下READ_IOUT或READ_VOUT讀數(shù)的百分比，是最壞情況下的誤差。這消除了從芯片中計(jì)算單個(gè)貢獻(xiàn)者的負(fù)擔(dān)，例如V裁判誤差和 ADC 誤差。外部元件 - CSA 和相關(guān)電阻器、分流電阻器、電感器 DCR、I星期一當(dāng)前 - 貢獻(xiàn)自己的誤差，必須在總體誤差預(yù)算中加以考慮。

如前所述，最佳精度來(lái)自放置在輸出路徑中的電阻檢測(cè)元件。R型意義容差通常指定為 1%。這些價(jià)格低廉且易于找到。值通常在0.5 mΩ至數(shù)十 mΩ之間。要確定該值，必須考慮當(dāng)前感興趣的范圍以及范圍兩端所需的精度。當(dāng)電流流過(guò) R 時(shí)意義，在元件上產(chǎn)生一個(gè)小電壓，即 delta V。正是這個(gè)信號(hào)需要測(cè)量并通過(guò)歐姆定律轉(zhuǎn)換為電流。人們希望獲得足夠大的信號(hào)，以便在輕負(fù)載條件下獲得良好的精度;但是，在重負(fù)載下會(huì)出現(xiàn)較大的IR壓降，并可能對(duì)電源性能產(chǎn)生負(fù)面影響。我們假設(shè)穩(wěn)壓器的反饋來(lái)自負(fù)載本身，檢測(cè)點(diǎn)連接在負(fù)載上。這考慮了輸出路徑中的任何壓降，包括高端和GND返回路徑。R型意義位于穩(wěn)壓器的反饋回路內(nèi)。包括布局中任何導(dǎo)致 IR 損耗的 PCB 銅。

下面是一個(gè)涵蓋準(zhǔn)確性的示例。假設(shè)電源的最大電流為10 A，我們需要低至100 mA的良好精度。滿載時(shí)，建議將IR壓降保持在<50 mV。如果將檢測(cè)電阻放置在反饋環(huán)路內(nèi)，則可以產(chǎn)生更大的檢測(cè)電壓。大信號(hào)的缺點(diǎn)是檢測(cè)元件的功率損耗。這是選擇電阻值時(shí)的基本權(quán)衡。R型意義值根據(jù)滿載電流時(shí)的電壓檢測(cè)計(jì)算得出，在本例中為50 mV/10 A或5 mΩ。假設(shè)我們選擇一個(gè)容差為1%的5 mΩ檢測(cè)電阻。

對(duì)于LTC2972/LTC2974/LTC2975輸入檢測(cè)電壓>20 mV，實(shí)現(xiàn)的精度為1%（電阻容差）+0.3%（數(shù)據(jù)手冊(cè)中的TUE）或1.3%，相當(dāng)于負(fù)載電流大于4 A。對(duì)于<20 mV的檢測(cè)電平，TUE的額定值為±60 μV。對(duì)于 100 mA 的負(fù)載電流，產(chǎn)生的信號(hào)為 0.1 A × 0.005 Ω 或 500 μV。在輕負(fù)載條件下，誤差要大得多，為±12%（60 μV/500 μV），主要由TUE主導(dǎo)，電阻容差對(duì)精度影響不大。從絕對(duì)值來(lái)看，它僅相當(dāng)于±12 mA的誤差。TUE 考慮內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源和 ADC 誤差。選擇容差更嚴(yán)格的檢測(cè)電阻可產(chǎn)生更好的精度。

前面的討論適用于大多數(shù)LTC297x系列的電源軌<6 V，其中LTC2972/LTC2974/LTC2975 I意義引腳可以直接連接在檢測(cè)元件上，無(wú)需外部CSA。如果電源軌為>6 V，則大多數(shù)PSM管理器系列都需要CSA。LTC2971 是個(gè)例外，它允許直接連接 I意義引腳高達(dá) ±60 V。LTC2971 的 TUE 為 0.6%，是 LTC2972 / LTC2974 / LTC2975 的兩倍;但是，IOUT_SNS引腳可以直接連接到電源電壓高達(dá) ±60 V 的檢測(cè)電阻。

使用 LTC2977/LTC2979/LTC2980/LTM2987 測(cè)量電源電壓 >6 V 上的輸出電流時(shí)，可以使用 CSA 單端輸出來(lái)驅(qū)動(dòng) V 意義引 腳。可以使用任何通道，adc_hires位應(yīng)保持其默認(rèn)設(shè)置 0。輸出電流測(cè)量值從READ_VOUT寄存器讀取，必須從伏特轉(zhuǎn)換為安培。重要的是要意識(shí)到您在V處具有更大的動(dòng)態(tài)范圍意義引腳比I上的170 mV限制意義LTC2974 / LTC2975 的引腳。這允許將CSA增益設(shè)置得更高，以產(chǎn)生更大的檢測(cè)電壓，因?yàn)閂。森塞普引腳可驅(qū)動(dòng)至 6 V。要考慮的參數(shù)是CSA的輸入失調(diào)電壓V操作系統(tǒng).它是V操作系統(tǒng)乘以設(shè)置CSA輸出誤差的增益。如果 V操作系統(tǒng)為85 μV （LTC6101），增益設(shè)置為100，輸出誤差可能高達(dá)8.5 mV。V的星期二意義引腳<1 V為2.5 mV，>1 V為0.25%。CSA增益應(yīng)設(shè)置為低，以最小化輸出誤差，但又應(yīng)足夠大，以利用V的大信號(hào)范圍意義針。CSA貢獻(xiàn)的誤差是給定增益設(shè)置下的固定mV誤差。轉(zhuǎn)換輸出電流值中的誤差顯示在最后一列中。表 8 說(shuō)明了一個(gè)示例。R型意義為 5 mΩ。

這表明外部CSA為大檢測(cè)電壓提供了相當(dāng)好的精度，但在低檢測(cè)電平條件下會(huì)引入更多的誤差。

通過(guò)產(chǎn)生足夠的檢測(cè)電壓或信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)精確的電流測(cè)量。來(lái)自檢測(cè)元件的 delta V 需要足夠大，以克服芯片和其他來(lái)源（如布局）引入的任何噪聲和誤差。通過(guò)首先確定輕負(fù)載精度對(duì)您的重要性來(lái)估計(jì)信噪比 （SNR）。可以通過(guò)考慮產(chǎn)生可接受精度的最低檢測(cè)電壓除以待測(cè)量范圍內(nèi)的最低電流值來(lái)計(jì)算最佳值。

為了達(dá)到最高精度，最好創(chuàng)建最大的信號(hào)并最大限度地減少組件/布局錯(cuò)誤。也就是說(shuō)，使用大的 R意義值并使用嚴(yán)格公差電阻器。您也可以考慮校準(zhǔn)當(dāng)前的回讀值。施加已知的負(fù)載電流并觀察READ_IOUT值。調(diào)整IOUT_CAL_GAIN值以最大程度地減少回讀值中的錯(cuò)誤。通過(guò)發(fā)出STORE_USER_ALL命令將任何更改的值存儲(chǔ)到芯片的EEPROM。

分流電阻檢測(cè)精度

分流電阻法的優(yōu)點(diǎn)是它比電感DCR法更準(zhǔn)確，因?yàn)榉至麟娮柚低ǔ＞_到1%或更好。與電感DCR相比，溫度系數(shù)相當(dāng)?shù)汀Ｈ欢词鼓梢再?gòu)買非常嚴(yán)格的容差電阻器，這也可能會(huì)被布局和焊接問(wèn)題所覆蓋。

分流電阻方法的缺點(diǎn)是，由于IR壓降，它是有損耗的。這會(huì)產(chǎn)生熱量并在輸出路徑中產(chǎn)生壓降。如前所述，通過(guò)將檢測(cè)電阻置于反饋環(huán)路內(nèi)，可以在很大程度上緩解IR壓降，從而使穩(wěn)壓器的環(huán)路將壓降降低到可以忽略不計(jì)的水平。

由于 LTC297x 差分輸入電流將導(dǎo)致差分誤差電壓，因此 Rcm 電阻器需要具有相同的值。不匹配的 Rcm 電阻器僅由于濾波器元件容差而引入誤差。通常，將這些電阻值保持在1 kΩ以下。

圖 10.我意義引腳電流。

布局

無(wú)論您打算使用分立檢測(cè)電阻還是電感DCR來(lái)測(cè)量電流，在高負(fù)載條件下，布局都變得很重要。這在焊接連接中最有可能產(chǎn)生IR壓降，并且傳感連接可能會(huì)產(chǎn)生影響。最好避免與焊盤進(jìn)行的檢測(cè)連接，該焊盤在感應(yīng)點(diǎn)之間包括IR壓降。如果比較圖11中的布局，則顯示與焊盤內(nèi)部連接的示例將很少或沒(méi)有IR壓降，因?yàn)楹副P的這些區(qū)域很少或沒(méi)有電流。標(biāo)記為“公平”的布局由于檢測(cè)點(diǎn)（焊盤一側(cè)）的位置而受到IR壓降的影響，該位置部分位于當(dāng)前路徑中。

圖 11.分流電阻器的布局建議。

市場(chǎng)上有 4 端子檢測(cè)電阻器。它們提供兩個(gè)用于主電流路徑的端子和兩個(gè)用于開(kāi)爾文檢測(cè)連接的端子。對(duì)于要求對(duì)大于20 A左右的電流具有良好精度的應(yīng)用，可以使用值低至100 μΩ的4端子金屬合金檢測(cè)電阻。一些制造商指定高阻值電阻的容差比低阻值電阻更嚴(yán)格，因此您在這里有一個(gè)基本的權(quán)衡——在0.1%時(shí)使用1 mΩ，而在0.5%時(shí)使用400 μΩ。

圖 12.一個(gè) 4 端子分流電阻器。

請(qǐng)參考“通過(guò)改進(jìn)低值分流電阻器的焊盤布局來(lái)優(yōu)化大電流檢測(cè)精度”，了解有關(guān)布置檢測(cè)電阻時(shí)的精度的更多細(xì)節(jié)。

使用 LTC2977 / LTC2979 / LTC2980 / LTM2987 來(lái)測(cè)量輸出電流

LTC2977 / LTC2979 / LTC2980 / LTM2987 器件測(cè)量電流的能力有限。它們可以配置為測(cè)量奇數(shù)通道上的電流：通道 1、3、5 和 7。要配置電流測(cè)量，必須將通道設(shè)置為高分辨率模式（MFR_CONFIG_LTC2977，bit9）。這允許 V森森引腳連接到高達(dá)6 V的共模電壓。五世森塞普和 V森森引腳可以連接在電感 （DCR） 或電阻檢測(cè) （R社交網(wǎng)絡(luò)） 元素。

圖 13.MFR_CONFIG adc_hires位。

偶數(shù)通道不支持此功能，V森森引腳（通道 0、2、4 和 6）必須保持在 GND 的 ±100 mV 以內(nèi)。

在此模式下，此通道提供的唯一功能是電流的遙測(cè)回讀。設(shè)置adc_hires位將禁用VOUT_EN引腳并禁用所有故障響應(yīng)。實(shí)質(zhì)上，就 LTC2977 而言，它強(qiáng)制通道進(jìn)入“關(guān)斷”狀態(tài)，并且它僅回讀檢測(cè)元件兩端的電壓（以 mV 為單位）。

LTC2977 / LTC2979 / LTC2980 / LTM2987 器件沒(méi)有方便的READ_IOUT寄存器或用于存儲(chǔ) DCR 或 R 的寄存器社交網(wǎng)絡(luò)價(jià)值。相反，您可以使用 READ_VOUT 命令獲取原始差分電壓讀數(shù)。系統(tǒng)主機(jī)需要根據(jù)該讀數(shù)除以檢測(cè)電阻值來(lái)計(jì)算電流。請(qǐng)注意，這些值以 L11 格式給出，而不是 L16 格式。單位為毫伏。如果使用系統(tǒng)主機(jī)或 FPGA/CPU 讀取電流，則必須執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，將毫伏值轉(zhuǎn)換為以毫安或安培為單位的值。應(yīng)用筆記AN135介紹了將L11十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)值的示例代碼。

圖 14.V意義用于差分電流檢測(cè)的引腳。

LTpowerPlay具有一項(xiàng)功能，可以方便地將此mV讀數(shù)轉(zhuǎn)換為以mA為單位的當(dāng)前回讀值。有一個(gè)比例因子可用于在READ_VOUT寄存器中生成調(diào)整值。可以通過(guò)單擊“配置”窗口中的“設(shè)置”選項(xiàng)卡來(lái)訪問(wèn)此功能。

輸入到 VOUT 顯示縮放框中的值應(yīng)等于 1/R社交網(wǎng)絡(luò).如果使用外部 CSA，則需要將比例因子設(shè)置為 1/（增益加航/R社交網(wǎng)絡(luò)).有一個(gè)“顯示單位”字段，可以通過(guò)將 V 替換為 A 來(lái)將其從伏特更改為安培。這些變化允許讀數(shù)顯示計(jì)算出的電流，該電流與基于電路中檢測(cè)電阻的實(shí)際電流一致。例如，如果 R社交網(wǎng)絡(luò)為 10 mΩ （0.01 Ω），VOUT 顯示縮放為 100。READ_VOUT寄存器現(xiàn)在將報(bào)告一個(gè)以mA為單位的值，該值反映芯片測(cè)量的每個(gè)mV的100 mA。在本例中，592 mA負(fù)載施加到R的電源軌上。社交網(wǎng)絡(luò)10 mΩ，芯片測(cè)量值為5.92 mV。注意：設(shè)置下的縮放/偏移值不會(huì)保存到設(shè)備的 NVM 中，但會(huì)保存到 .proj 文件中。

圖 15.VOUT 在“設(shè)置”選項(xiàng)卡中顯示縮放比例。

圖 16.READ_VOUT遙測(cè)以 mA 為單位顯示縮放值和單位。

由于差分電壓（VSENSEPn – VSENSEMn）限制為±170 mV，因此必須選擇檢測(cè)元件，以使IR壓降不超過(guò)此限制。這些引腳的共模電壓允許高達(dá)6 V。例如，如果電流預(yù)計(jì)在3 A范圍內(nèi)，則50 mΩ檢測(cè)電阻為ADC提供150 mV電壓，并允許偏移至3.4 A。這對(duì)于精度非常有用，因?yàn)樾盘?hào)很大，但輸出路徑中的150 mV是相當(dāng)大的IR壓降。這是在電流測(cè)量精度和輸出中的IR壓降之間做出決定時(shí)要做出的基本權(quán)衡。應(yīng)始終在負(fù)載處關(guān)閉反饋回路。這允許穩(wěn)壓器/伺服器調(diào)整到適當(dāng)?shù)妮敵鲭妷骸Ｓ嘘P(guān)更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 LTC2977 的產(chǎn)品手冊(cè)。

例如，分配了一個(gè)奇數(shù)通道來(lái)測(cè)量輸出電流。通道 7 測(cè)量 I外通道6，3.0 V電源。

圖 17.READ_VOUT轉(zhuǎn)換為mA（頻道7）。

當(dāng)奇數(shù)通道配置為ADC高分辨率模式時(shí)，無(wú)法使用VOUT_EN引腳，監(jiān)控器功能被禁用;因此，不可能快速檢測(cè)過(guò)流情況。但是，如果您使用 CSA 并將單端信號(hào)輸出到 V森塞普針。這專用于一個(gè)電壓通道來(lái)監(jiān)控CSA的輸出。傳播延遲將由通過(guò) CSA 的延遲、PSM 設(shè)備引入的延遲以及無(wú)源組件（即 RC）可能引入的任何延遲的總和決定。PSM 延遲取決于配置、故障響應(yīng)是設(shè)置為立即關(guān)閉還是去毛刺關(guān)閉以及延遲計(jì)數(shù)設(shè)置。

超頻/直流故障監(jiān)控

在為高值負(fù)載供電的電源軌上，可能需要保護(hù)負(fù)載免受過(guò)流情況的影響。輸出電流監(jiān)控器內(nèi)置于 LTC2974 / LTC2975 中。專用硬件允許用戶配置通道，以便在監(jiān)控器檢測(cè)到過(guò)流或欠流情況時(shí)關(guān)閉。這些器件同時(shí)具有電壓和電流監(jiān)控功能，這意味著如果輸出電壓或輸出電流超出用戶定義的限值，通道將被關(guān)斷。電壓監(jiān)控器和電流監(jiān)控器在內(nèi)部組合到VOUT_EN邏輯中。本文第 1 部分中的表 1 總結(jié)了所有 PSM 管理器的此功能。

圖 18.我外超頻/直流故障/警告限制。

故障監(jiān)控器是采樣比較器，具有用戶可調(diào)閾值。比較器每12.1 μs采樣一次，允許用戶根據(jù)用戶定義的設(shè)置消除輸出噪聲。僅當(dāng)故障條件連續(xù)存在多次或稱為delay_count時(shí)，監(jiān)控器才會(huì)跳閘。這本質(zhì)上是一個(gè)基于時(shí)間的篩選器。delay_count最多可設(shè)置為7個(gè)，為OC事件提供84 μs的抗干擾響應(yīng)。這允許不檢測(cè)到窄毛刺，同時(shí)聲明更寬脈沖的故障。在負(fù)載和管理器之間插入的任何RC濾波器都會(huì)增加額外的延遲。濾波器降低了任何毛刺的幅度，但增加了監(jiān)控器的響應(yīng)時(shí)間延遲。數(shù)據(jù)手冊(cè)建議的時(shí)間常數(shù)是開(kāi)關(guān)頻率的十分之一，但不會(huì)太長(zhǎng)，以至于通過(guò)濾波器的延遲比監(jiān)控器響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)得多。對(duì)于需要快速OC響應(yīng)的安靜電源，可以選擇200 Ω/10 nF或2 μs延遲。對(duì)于高噪聲電源，1 kΩ/0.1 μF的RC產(chǎn)生100 μs的延遲。雖然這看起來(lái)有很多延遲，但它比ADC讀數(shù)快得多，ADC讀數(shù)可能是~100 ms。

欠流監(jiān)控將檢測(cè)輸出中的低電流或反向電流情況。低電流條件是輕負(fù)載的典型情況，UC故障可能不是可取的。但是，測(cè)量的輸出電流值包括負(fù)值。雖然通常不使用欠流監(jiān)控，但它可以通過(guò)將IOUT_UC_FAULT_LIMIT設(shè)置為負(fù)值來(lái)檢測(cè)反向電流條件。要禁用 UC 故障檢測(cè)，請(qǐng)將IOUT_UC_FAULT_RESPONSE設(shè)置為忽略，并將IOUT_UC_FAULT_LIMIT設(shè)置為較大的負(fù)值。默認(rèn)設(shè)置為 –1 A。

雖然 LTC2971 / LTC2972 不具有 OC 故障檢測(cè)功能，但這些器件具有一種 OC 警告功能，該功能將根據(jù) ADC 輸出電流測(cè)量結(jié)果將 ALERTB 拉低。警告會(huì)將 ALERTB 拉低并更新STATUS_IOUT寄存器。基于ADC的讀數(shù)將導(dǎo)致響應(yīng)速度變慢，旨在通過(guò)硬件引腳和PMBus寄存器用作狀態(tài)指示器。可以將 ALERTB 綁定到控制引腳以關(guān)閉通道。或者，微控制器可以通過(guò)聲明中斷來(lái)響應(yīng) ALERTB，并驅(qū)動(dòng) CONTROL 引腳或發(fā)出 PMBus 命令以關(guān)閉通道。將 ALERTB 綁定到控制的缺點(diǎn)是任何警告或故障都會(huì)關(guān)閉通道。?

使用 T 時(shí)意義LTC2971 / LTC2972 / LTC2974 / LTC2975 上的引腳用于補(bǔ)償電感器 DCR，溫度可用于關(guān)斷通道，這是另一種形式的監(jiān)控。過(guò)熱故障、警告限值和故障響應(yīng)可根據(jù)應(yīng)用逐通道進(jìn)行調(diào)整。也就是說(shuō)，它可用于關(guān)閉單個(gè)通道，而不是全局（整個(gè)芯片）設(shè)置。

當(dāng)前回讀 L11 格式

從 PSM 設(shè)備讀回的十六進(jìn)制值的格式為 L11。無(wú)論您是讀取LTC2977 （ADC 高分辨率模式）上的READ_VOUT寄存器，還是讀取LTC2975 / LTC2974 / LTC2972 / LTC2971 上的READ_IOUT寄存器，L11 格式都是具有 5 位指數(shù)和 11 位尾數(shù)的有符號(hào)值。

L11格式支持電流測(cè)量的極性。由于它是有符號(hào)格式，因此允許READ_IIN和READ_IOUT寄存器向系統(tǒng)主機(jī)提供有關(guān)電流方向的信息。LTC2974 / LTC2975 具有針對(duì)輸出電流的欠流門限。負(fù)值可用于關(guān)閉吸收過(guò)多電流的通道，即反向電流。

關(guān)于 L11 格式，有一點(diǎn)特別需要說(shuō)明，那就是粒度。LTC2971 / LTC2972 / LTC2974 / LTC2975 數(shù)據(jù)手冊(cè)顯示了一個(gè)表格，其中列出了寬電流范圍內(nèi)READ_IOUT值的粒度。存在固有的粒度，這是由于 L11 十六進(jìn)制格式造成的，而不是設(shè)備的 ADC 或任何其他硬件限制。該表還列出了MFR_READ_IOUT粒度以供比較。MFR_READ_IOUT值是一種自定義格式，可提供更高的分辨率，2.5 mA 粒度高于 2 A。它僅限于 ±81.92 A。如果電路板的主機(jī)CPU/FPGA需要將L11轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)，它可以向任一寄存器發(fā)出讀取。READ_IOUT寄存器對(duì)低于2 A的電流具有更好的分辨率，并且沒(méi)有81.92 A限制，但MFR_READ_IOUT值將解析為最接近的2.5 mA值。

PSM 器件和 LTpowerPlay 編程

與整個(gè) LTC297x 器件系列一樣，首次對(duì) PSM 器件進(jìn)行編程并成功為硬件供電是非常有益的。使用LTpowerPlay是您最簡(jiǎn)單的途徑。LTpowerPlay是一個(gè)免費(fèi)下載，可以在Windows上運(yùn)行。該軟件具有內(nèi)置的編程實(shí)用程序，可將您保存的配置數(shù)據(jù)寫入設(shè)備的EEPROM。上電后，芯片會(huì)自動(dòng)從EEPROM加載其RAM，并準(zhǔn)備自主運(yùn)行。?

無(wú)論您是LTpowerPlay的新手還是已經(jīng)是高級(jí)用戶，都可以了解如何使用基于LTpowerPlay軟件的電源配置和調(diào)試工具進(jìn)行配置、設(shè)計(jì)、評(píng)估、診斷和調(diào)試。如果您不打算使用 LTpowerPlay 進(jìn)行編程或提供遙測(cè)，下載 Linduino C 代碼示例是另一種解決方案。代碼示例在 LTSketchbook zip 文件中提供。

圖 19.LTpowerPlay是一個(gè)功能強(qiáng)大的基于Windows的開(kāi)發(fā)環(huán)境，支持ADI公司的數(shù)字電源系統(tǒng)管理（PSM）產(chǎn)品。

創(chuàng)建 .proj 文件的清單：

確保每個(gè) PSM 設(shè)備在 PMBus（硬件捆綁）上都有一個(gè)唯一的地址。

在每個(gè)輸出通道上設(shè)置IOUT_CAL_GAIN。

這是R意義、電感 DCR 或計(jì)算 I星期一價(jià)值。

在每個(gè)測(cè)量輸入電源電流的器件上設(shè)置IIN_CAL_GAIN （LTC2971 / LTC2972 / LTC2975）。

設(shè)置與溫度相關(guān)的配置（例如，MFR_IOUT_CAL_GAIN_TC、MFR_IOUT_CAL_GAIN_TAU_INV MFR_IOUT_CAL_GAIN_THETA）。

設(shè)定 IOUT_OC_FAULT_LIMIT 和IOUT_OC_FAULT_RESPONSE （LTC2974 / LTC2975）。

設(shè)置IOUT_UC_FAULT_LIMIT和IOUT_UC_FAULT_RESPONSE （LTC2974 / LTC2975）。

提示：使用 LTpowerPlay 中的配置向?qū)?lái)簡(jiǎn)化文件生成。

總結(jié)

ADI 公司的 DPSM LTC297x 器件是混合信號(hào) PMBus IC，可測(cè)量和監(jiān)控電源電流。已經(jīng)介紹了各種檢測(cè)方法——電阻分流器、電感DCR和I星期一就是其中之一。電流測(cè)量功能通過(guò)以 OC/UC 故障監(jiān)控的形式提供另一級(jí)別的保護(hù)，增加了該系列的功能集。這些器件為任何電源帶來(lái)了監(jiān)控、監(jiān)督和測(cè)量電壓和電流的能力。這些特性對(duì)于高價(jià)值的電源軌非常理想。LTC297x 提供了配置器件的 PMBus 寄存器的能力，這增加了在設(shè)計(jì)階段的任何時(shí)間點(diǎn)更改電路板設(shè)計(jì)的靈活性，即使在電路板部署在現(xiàn)場(chǎng)之后也是如此。