為了改善功耗，各運營商、通信設備廠商、服務器廠商，積極采用動態休眠等技術智能化調節能耗，同時建立用電模型，加強對電費的計量、監測、監控和用電優化。在5G的熱潮中，“綠色”發展應是最優先考慮因素。所以精確監測系統電流和功耗變得越來越重要。

對幾十伏電壓和百安培以內的系統電流和功率信息進行評估和分析，通常首選分流電阻進行測量電流，這種方法物理尺寸小、精度高并且溫度特性好。

用于測量并轉換在分流電阻上產生的信號的方法有多種。最常見的方法是采用模擬前端將電流感測電阻的差分信號轉換為單端信號。然后，將單端信號連接到與微控制器相連的模數轉換器 (ADC)。

圖.1

圖1顯示了電流感測信號鏈。為了得到功耗信息，還需要對系統電壓使用ADC采樣，然后在處理器中對結果做乘法以獲得功耗。

但是，分立的方案面臨幾個問題：

1.獲取電流和電壓信息經過不同的器件和路徑，它們之間的延遲差異會在功耗測量中引起時間對準誤差，因為電流和電壓都可以彼此獨立地變化。

2.為了盡可能減小電壓和電流測量之間的延遲，處理器通常需要為ADC通信和功耗計算 提供足夠的處理能力。這將加重處理器執行額外功能的負擔，或者降低電壓/電流測量的精度。

3.分立方案需要單獨選擇高邊/低邊電流采樣運放、ADC、參考電壓、分壓電阻等，增加系統設計的復雜性和難度。

為了更好的監控系統功耗，3PEAK開發了一款專門面向電流感測和功耗監控應用的數字式電流和功率監控芯片--TPA626.

TPA626具備專業特性，可直接監測分流電阻兩端的差分壓降，并轉化成數字輸出，同時可以監測單端總線電壓，并后臺計算功耗信息，通過I2C、SMBUS上報給主控芯片。其主要特點如下：

TPA626特點-1

TPA626電流采樣輸入端具有 +/-81.92mV 的滿量程輸入范圍，可直接對分流電阻電壓進行采樣。輸入共模范圍高達0V to 36V，可實現對高邊或者低邊、以及雙向電流的監測。TPA626自身供電僅需低壓，可支持2.7V to 5.5V供電。

TPA626特點-2

LSB步長僅為2.5μV，可準確檢測小電流變化。最大增益誤差0.4%，溫漂特性良好。

TPA626特點-3

TPA626專門優化的小輸入范圍使器件能夠直接在電流感應電阻器上進行測量。TPA626內置的16bit ADC，噪聲較低，因此無需通過放大輸入信號來提高ADC的滿量程輸入范圍，避免了更多的誤差源。ADC架構經過特殊優化，結合較低的輸入噪聲和快速的采樣速度。與通用16位ADC相比，TPA626的最小分辨電壓能力要高出30倍以上。

TPA626特點-4

集成高精度VREF，有良好的初始精度和低至10ppm左右的溫漂，為整體性能提供了保障。加上前端優化的ADC結構，全芯片的增益誤差在全溫范圍內非常穩定。

TPA626特點-5

TPA626具有輸入多路復用器，支持ADC輸入電路在差分分流電壓測量和單端總線電壓測量之間進行切換。可直接測量高達36V的總線電壓。

TPA626特點-6

用于分流電壓和總線電壓測量的ADC轉換時間可編程為66μs至8.682ms之間。較長的轉換時間有助于降低噪聲敏感性和提高器件測量的穩定性。

TPA626特點-7

除了可編程的ADC轉換時間之外，TPA626可對多達1024個轉換周期進行平均計算，并在平均計算完成后即可更新內部功耗、電流和電壓寄存器。可編程轉換時間以及平均窗口期允許調節器件遙測更新速率以滿足系統時序需求。TPA626還具有可編程信號取平均值功能，以進一步提高測量精度。

TPA626特點-8

TPA626配有一個內部寄存器，用戶可根據電流感應電阻器的值對其進行編程。TPA626可以在每次轉換時直接將測量的分流電壓轉換為相應的電流值，加上電壓測量、計算功率，并通過雙線串行總線向處理器提供數據。

TPA626特點-9

TPA626內部以交錯方式分別測量分流電壓和總線電壓并計算功耗，從而最大限度減小功耗計算中的時間對準誤差。內部功耗計算在后臺完成，不影響ADC轉換速率或數字總線通信。

TPA626特點-10

TPA626有一個ALERT引腳，它會在電流、功耗或總線電壓超出預期工作范圍時通知主機處理器。可將主機處理器解放出來管理其他任務，同時TPA626具有可編程警報寄存器，用戶可以對該警報監視器進行配置，用以調整過流、過壓或過功率門限。

TPA626特點-11

支持I2C和SMBUS總線。具有16個可編程I2C地址，方便系統在一個總線上同時使用多個芯片。并且支持對異常時鐘中斷進行自恢復處理。雙線總線適用于于非隔離和隔離等各種場景的數字通信需求。

結語

TPA626

TPA626的高壓輸入、高集成度、高精度、低壓供電以及靈活的數字處理功能，和雙線I2C和SMBUS接口等特性，使得其可廣泛應用于通信設備、網絡設備、服務器、測試測量設備、工業PLC等各種產品的電流和功耗監測，減輕系統處理器的負擔，幫助用戶及時精確掌握系統功耗，并據此進行調整和優化，實現節能并降低運營成本。除了監控功耗，通過分析系統的電流水平，可以診斷意外的或非預期的工作模式，從而可以進行相應調整以提高可靠性或保護系統元件免受損壞。