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如何计算远程天线电流检测放大器和开关的工作窗口

星星科技指导员 来源:ADI 作者:ADI 2023-01-29 15:13 次阅读

本应用笔记可帮助设计人员选择正确的外部元件,以确保汽车天线检测电路满足性能目标。计算器详细说明了如何指定MAX16913/MAX16913A远端天线检流放大器和开关的关键外部元件。该计算器还确定器件的工作窗口和interwetten与威廉的赔率体系 输出电压精度。给出了一个计算示例。

介绍

MAX16913/MAX16913A(图1)为精密电流检测放大器(CSA)和开关,为汽车应用中的远端无线电天线提供幻象电源。此外,它们还提供短路保护、限流保护和负载开路检测。为了确保天线检测电路满足性能目标,设计工程师必须为设计选择正确的外部元件。

在天线应用中使用 CSA 和开关时,设计人员通常必须确定开路负载、正常工作、短路和电流限制的工作窗口(图 2)。此外,还必须验证CSA模拟输出电压的精度。

pYYBAGPWHWyAPSmQAAA3aEYtCuc804.png

图1.MAX16913A远端天线CSA和开关的典型工作电路。

pYYBAGPWHXqAIatPAAAigGBhzXw829.png

图2.这些 CSA 的操作范围。

本应用笔记提供了一个计算器,展示了如何确定适当的检测电阻和用于设置负载开路阈值(检测范围)容差的电阻分压器。考虑外部元件和MAX16913/MAX16913A的容差,然后计算适当的容差窗口范围以获得最佳性能。计算器可在此处获得,下面是一个示例计算。

计算所需的检测电阻

理想情况下,最大工作电流在检流电阻两端产生满量程检测电压,R森斯(图1)。计算 R 的最大值森斯使IN和SENS两端的差分电压不超过最小满量程检测电压(87mV)*:

pYYBAGPWHJ6ARxyCAAAKHz6y6YU491.gif?imgver=1

其中 VDIFF(最小值) = VIN - VSENSE = 87mV (最小值) 在最大保证输出电流下,ILOAD(满量程)(图 2)。

但是,电阻器始终具有容差,因此实际电阻值可能因其容差额定值而更高,从而导致器件过早检测到短路。在考虑电阻器的额定容差后,可以计算出标称最大电阻值:

poYBAGPWHKGAAYqxAAAMjHGMc_Y317.gif?imgver=1

其中 R感应(最大)是上面计算的最大检测电阻,R感测容差是电阻器的公差额定值。请记住,计算出的检测电阻的确切值可能不可用。如果是这种情况,请为 R 选择最接近的较小值感(最大)(标称)并使用它来计算RSENS_P(标称).或者,可以使用标准电阻的串联或并联组合来获得最佳检测电阻。

计算短路电流检测窗口

已选择标称检测电阻。现在,当检测到短路时,通过检测电阻的典型电流可以计算如下:

pYYBAGPWHKSABMwlAAAJZ9Ct4os890.gif?imgver=1

其中 VSC(典型值)是短路电压阈值(100mV)*和R的典型值SENS_P(标称)是上面选择的检测电阻。

但是,由于VSC和RSEN具有不相关的公差(即,最小值和最大值彼此独立变化),因此必须考虑额外的误差。因此,最坏情况下的短路电流检测窗口为:

poYBAGPWHKWAeaLPAAAJhN25dzk381.gif?imgver=1

pYYBAGPWHKeAJyQeAAAJpZFg0Ok218.gif?imgver=1

其中 VSC(分钟)是短路电压阈值(87mV)*和V的最小值SC(最大)是最大值 (110mV)。 因此:

RSENS_P(最大) = RSENS_P(NOM)+ 其公差等级 + RSENS_P(MIN)
=RSENS_P(NOM)- 其公差等级

因此,当电流在I之间时,短路标志(/SC)将变为低电平SC(分钟)和我SC(最大).

计算限流范围

与短路电流检测窗口类似,限流范围通常为:

pYYBAGPWHKmAI52oAAAJdkXk1bc588.gif?imgver=1

其中VLIM(TYP)是IN和SENS (200mV)之间的限流阈值电压的典型值,*RSENS_P(NOM)是所选的检测电阻。
考虑到VLIM和RSENS具有不相关的容差,可以计算出通过检测电阻的最差情况限流范围:

poYBAGPWHKuADVS0AAAJmkKWJe8470.gif?imgver=1

pYYBAGPWHK2ARSgxAAAJwkNhrW4390.gif?imgver=1

其中 VLIM(MIN) 是 IN 和 SENS 之间的电压最小值 (173mV),* VLIM(MAX) 是最大值 (225mV)。

计算开路负载检测窗口

MAX16913和MAX16913A的处理步骤不同。

For the MAX16913

MAX16913的负载开路检测门限(/OL)在内部设置为V奥利特= 0.66V.* 使用1Ω电阻的相关电流范围在数据手册中规定为10mA (最小值)、20mA (典型值)和30mA (最大值)。这些值包括负载开路比较器、增益放大器和外部检测电阻(1Ω)的容差。

要使用不同的检测电阻确定负载开路检测窗口,首先必须将给定的电流电平转换为电压:

poYBAGPWHK-AKS2PAAALvBpEI9o792.gif?imgver=1

然后使用上述计算的值,开路电流检测阈值的典型值计算为:

pYYBAGPWHLOAOPU3AAAJYGXnb9c631.gif?imgver=1

其中 VOLT(典型值)是上面计算的开路负载检测阈值电压的典型值,RSENS_P(标称)是所选的检测电阻。

同时考虑负载开路电流阈值的容差和检测电阻的容差,负载开路检测的电流范围计算公式为:

poYBAGPWHLWABZ-0AAAJl93P3Vg046.gif?imgver=1

pYYBAGPWHLaAcKWFAAAJoQQ0AvY884.gif?imgver=1

其中 VOLT(分钟)和 VOLT(最大)是负载开路检测阈值电压的最小值和最大值;RSENS_P(分钟)和 RSENS_P(最大)是上面计算的检测电阻的最小值和最大值。

最坏情况下的开路负载检测窗口介于 IOL(分钟)和我OL(最大).

For the MAX16913A

MAX16913A的开路负载门限可通过电阻分压器在REF、OLT和GND之间调节。因此,首要任务是指定外部电阻分压器。

指定外部电阻分压器
首先,使用以下公式选择OLT引脚上所需的电压,以设置所需的标称OL阈值(在OLT引脚处,图1):

VOLT(V) = IOLT(A) × RSENS(Ω) × AV(V/V) + 0.133 × VREF

其中 AV 是 (VIN - VSENS) 与 VAOUT 增益 (13V/V),VREF 是 REF 引脚电压 (3V)。 OLT 引脚上的外部电阻之比可以使用以下公式计算:

R2/R1 = VOLT/(VREF × (1 - VOLT/VREF))

其中 VREF 是 REF 引脚上的电压 (3V)。现在可以为R1或R2选择任意标准值,然后计算另一个电阻值(图1)。但是,请确保电阻分压器的阻抗不会过度加载内部基准电压。

确定开路负载阈值-电压范围
R1和R2的标准电阻值现已定义。接下来,考虑V的不相关公差裁判以及电阻R1和R2,即负载开路引脚的最差情况电压范围VOLTw,可以计算:

pYYBAGPWHLiAM_WTAAAMgk6z5Ho854.gif?imgver=1

pYYBAGPWHLqAMZGZAAAMkcD4hPI400.gif?imgver=1

其中 R2(分钟)是 R 的标称值2减去其容差值。这可以重述为 R2(分钟)= R2- (R2× (R2托尔[%]/100%)) 和 R1(最大)是 R 的标称值1加上公差。

确定最坏情况,负载开路电流检测窗口
此时已经计算了VOLTw(MIN)和VOLTw(MAX)。现在,考虑到REF输出电压VREF、检测电阻RSENS_P(NOM)和增益AV的容差,可以计算检测到开路负载时的最坏情况电流窗口(/OL):

pYYBAGPWHLuAQp7fAAANTav9lKI713.gif?imgver=1

pYYBAGPWHL2AdGRUAAANXlfqm5o529.gif?imgver=1

其中 VOLTw(MIN)、VOLTw(MAX)、RSENS_P(MIN) 和 RSENS_P(MAX) 已在上面计算;AV 是 (VIN - VSENS) 到 VAOUT 的增益,其最小值和最大值分别为 12.87 和 13.13*;VREF(MIN) 和 VREF(MAX) 是 REF 引脚电压(2.7V 和 3.3V)的最小值和最大值。

评估通过 R 的电流森斯通过测量 A 上的电压外

一个外准确性

使用给定的检测电阻RSENS和通过该电阻的定义电流ISENS,现在可以计算出在电流检测放大器输出端AOUT(例如微控制器模数转换器ADC))上测量的最差电压值范围。还要考虑AOUT_Z和检测电阻RSENS的不相关容差。因此:

VAOUT(MIN)(V) = AOUT_Z(MIN)(V) + AV(MIN)(V/V) × RSENS(MIN)(Ω) × ISENS(A)

VAOUT(MAX)(V) = AOUT_Z(MAX)(V) + AV(MAX)(V/V) × RSENS(MAX)(Ω) × ISENS(A)

其中 AV(MIN) 为 12.87V,AV(MAX) 为 13.13V;*,AOUT_Z(MIN) 和 AOUT_Z(MAX) 是 AOUT 零电流输出电压 (340mV)* (460mV) 的最小值和最大值;* RSENS(MIN) 和 RSENS(MAX) 是检测电阻加上/减去其容差。
换句话说,检测电流在VAOUT(MIN)和VAOUT(MAX)之间产生最坏情况下的AOOUT电压变化。

采用上述最坏情况的电压电平,并使用微控制器的软件将这些电压计算回电流,可以计算出:

pYYBAGPWHL6AFB5eAAAMa_UrSMI454.gif?imgver=1

pYYBAGPWHMCAfnbAAAAMm0QiZg4409.gif?imgver=1

凡是上面计算的VAOUT(MIN)和VAOUT(MAX);AV是(VIN - VSENS)到VAOUT增益(13V/V);* AOUT_Z(TYP)是AOOUT零电流输出电压(400mV)的典型值;*RSENS是检测电阻的标称值。

因此,当使用模拟输出电压测量通过检测电阻的一定电流时,微控制器的ADC给出的电流值介于I评估(分钟)和我已评估(最大).

电流测量公差,I托尔是:

pYYBAGPWHMGAB4tsAAAKM_xLn-o028.gif?imgver=1

示例计算

对于这些示例计算,我们假设天线幻像供电应用,其中正常工作窗口的上限(I负载(满量程)) 为 100mA。那么所需的检测电阻的最大值为:

poYBAGPWHMKABPt6AAALh58w06E551.gif?imgver=1

当使用容差为1%的电阻时,可以选择的最大检测电阻为:

poYBAGPWHMOAc8HKAAAMtiktce0030.gif?imgver=1

由于0.861Ω电阻不能作为标准值,因此我们从E96系列中选择下一个较小的电阻值作为R森-P(标称)= 0.845Ω.我们将此值用于后续计算。

接下来,可以计算短路检测的典型电流值:

poYBAGPWHMWAcpO7AAALAFmIxbc315.gif?imgver=1

如前所述,短路电流检测窗口的最小值和最大值介于ISC(分钟)和我SC(最大).为了计算这些值,我们首先需要所选检测电阻的最小值和最大值。

poYBAGPWHMaAYsRRAAAagMAfmn0294.gif?imgver=1

这使我们能够推导出短路电流检测窗口的极限:

pYYBAGPWHMeAD2C3AAALKe6HdaM194.gif?imgver=1

poYBAGPWHMmAa_1sAAALUCuKKBg144.gif?imgver=1

与短路电流检测窗口类似,限流范围的典型值为:

pYYBAGPWHMqANcTYAAALZp50Dc4894.gif?imgver=1

考虑到容差,限流范围的最小值和最大值介于I林(分钟)和我林(最大):

poYBAGPWHMuAKAV8AAALaEoUe5s001.gif?imgver=1

pYYBAGPWHMyAQdsYAAALiYLxc68116.gif?imgver=1

MAX16913的典型负载开路检测门限为:

poYBAGPWHM6Acf_tAAAK-xqvpgQ995.gif?imgver=1

包括公差在内,最小值和最大值为:

pYYBAGPWHM-APPphAAALFhzI05M231.gif?imgver=1

poYBAGPWHNSANW8fAAALZ0tClAA056.gif?imgver=1

现在转到MAX16913A,假设负载开路检测窗口的最大电流值为30mA。因此,电阻分压器中心点的最大电压值为:

poYBAGPWHNaASN-cAAAPwcsg3sw017.gif?imgver=1

接下来,我们从E96系列中为R2选择一个标准电阻,90.9kΩ(1%),并计算其最大值:

pYYBAGPWHNiAOCDXAAAKWZj6EZE823.gif?imgver=1

分压器上部电阻的最小电阻值为:

poYBAGPWHNmAGB6GAAAM24NaCsc004.gif?imgver=1

假设公差也为 1%,标称值为:

pYYBAGPWHNqAY-OmAAAMsqpiQZ0511.gif?imgver=1

在相同容差下选择的最接近的较高标准值是R1 = 392kΩ。还考虑其公差,我们计算:

poYBAGPWHNyAJJnpAAAQHi0f5S8050.gif?imgver=1

R2 的最小值为:

poYBAGPWHN6AblIFAAAKmhzPIYs468.gif?imgver=1

继续使用这些值,开路负载阈值电压范围为:

pYYBAGPWHOCAZ4G6AAAPpM-N9pE783.gif?imgver=1

poYBAGPWHOKAJuxHAAAPbbvWUcE476.gif?imgver=1

MAX16913A负载开路检测的最坏情况电流窗口为:

pYYBAGPWHOOASXf7AAAQvh32-E8147.gif?imgver=1

poYBAGPWHOSAByKZAAAQccD0qYE945.gif?imgver=1

为了评估模拟输出,A外,我们假设上面选择的检测电阻相同(0.845Ω),并评估负载电流为100mA时的精度。在此电流下,最小值和最大值 A外电压介于:

VAOUT(MIN)(V) = AOUT_Z(MIN)(V) + AV(MIN)(V/V) × RSENS(MIN)(Ω) × ISENS(A) = 340mV + 12.87(V/V) × 0.837Ω × 100mA = 1.417V

VAOUT(MAX)(V) = AOUT_Z(MAX)(V) + AV(MAX)(V/V) × RSENS(MAX)(Ω) × ISENS(A) = 460mV + 13.13(V/V) × 0.853Ω × 100mA = 1.58V

取这些电压并按照微控制器软件的方式计算回来(即,从数据手

册中获取典型值),我们得出以下几点之间的评估电流:

pYYBAGPWHOaAFKT9AAAPZwur-jM480.gif?imgver=1

poYBAGPWHOeAQFkoAAAPax8Avpo794.gif?imgver=1

测量电流的最差情况容差可达:

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