影響AFE采樣精度的因素—電阻

前面寫AFE起了個(gè)頭，借著熱度，再寫一篇。

我們用采樣芯片最重要的原因就是精度高，但也要小心使用，因?yàn)檎麄€(gè)采樣電路上面的各個(gè)環(huán)節(jié)都有可能造成采樣精度偏差，比如采樣鏈路上面的電阻。

先看下面的采樣電路簡(jiǎn)圖，采樣鏈路上面的電阻都有哪些呢？

在上圖中，r代表電芯的內(nèi)阻和電芯銅排連接阻抗之和；Rc代表連接器的接觸阻抗與外部采樣線束的阻抗之和；Rm代表廠家推薦的采樣通道串聯(lián)電阻；Ri代表AFE內(nèi)部的等效電阻。r一般是μΩ級(jí)別，Rc一般是mΩ級(jí)別，Rm是100Ω到10KΩ，Ri是MΩ級(jí)別。

Rc是采樣線阻抗與連接器的接觸電阻之和，它最惡劣的情況是開路，但一般AFE都有斷線檢測(cè)機(jī)制，可以識(shí)別出來此故障；另外一種情況就是連接不良，此時(shí)阻抗可能很大，我們就要當(dāng)心了，當(dāng)Rc阻抗與Ri可以比擬時(shí)（如下圖，省略了一部分電阻），就會(huì)對(duì)電芯進(jìn)行分壓，進(jìn)而造成電壓采樣結(jié)果出現(xiàn)偏差。

上面這種情況在日常測(cè)試中也經(jīng)常出現(xiàn)，比如在使用電池模擬工裝時(shí)，如果工裝上同一個(gè)通道，并聯(lián)接入很多采樣線束的話，就很容易出現(xiàn)采樣偏差，原因就是接觸不良。

另外，即使Rc接觸良好，我們也要注意一種情況，就是AFE的供電線與采樣線共用問題。具體如下圖，因?yàn)锳FE需要由電芯供電，電流大概為10mA左右，如果它與采樣線共用一條線，就會(huì)在在Rc上面有個(gè)壓降，可能會(huì)造成采樣偏差，大家可以去計(jì)算一下。

所以很多產(chǎn)品實(shí)際單獨(dú)走了一條線，用來供電，如下圖；當(dāng)然，別忘記還有一條供電地線。這樣操作實(shí)際可能會(huì)引入另外一個(gè)問題，就是斷線檢測(cè)正確識(shí)別問題，需要特別確認(rèn)。

Rm是采樣通道上面的串聯(lián)電阻，一般廠家會(huì)有推薦范圍；廠家的推薦值我想主要是三方面考慮：一是設(shè)置固定的濾波截止頻率，匹配AFE內(nèi)部的濾波采樣電路與時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高精度；例如ADI推薦的Rm為100Ω，TI推薦是100Ω～1KΩ，NXP推薦的更大。二是考慮AFE通道的漏電流問題，如果漏電流大的話，Rm一定不能太大，否則會(huì)在Rm處產(chǎn)生足以影響采樣精度的壓降。第三就是熱插拔防護(hù)，這個(gè)后面有機(jī)會(huì)再細(xì)聊。

Ri是指AFE采樣通道內(nèi)部的等效電阻，廠家可能會(huì)以通道漏電流的形式給出。它的大小直接影響采樣精度，因?yàn)樗cRm的乘積就是通道上面的壓降；下圖分別是TIADINXP規(guī)格書中漏電流的標(biāo)稱值；所以如果想在電路中加穩(wěn)壓管進(jìn)行熱拔插防護(hù)的話，一定要選擇好穩(wěn)壓管的漏電流。

r是電芯內(nèi)阻與銅排阻抗的和，隨著電芯的充電或放電，流過r的電流是雙向的，所以在r上就會(huì)有一個(gè)壓降±ΔV，這在前面一篇里面也提過；實(shí)際AFE采集到的電壓值是±ΔV與電芯OCV的疊加后的值；所以當(dāng)r變大后，就可能影響采樣精度，更嚴(yán)重者，可能或損壞通道，原理很簡(jiǎn)單。

還有一種比較極限的情況是r斷路，如下圖，此時(shí)會(huì)涉及一種很危險(xiǎn)的場(chǎng)景：當(dāng)r斷開后，整個(gè)高壓就落在了斷開的那個(gè)通道上面，接著就會(huì)燒毀此通道，這是很危險(xiǎn)的事情；所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)盡量不要跨接模組進(jìn)行采樣，不過有些模組真是避免不了，那就需要在連接處下功夫了。

總結(jié)：

這一篇基本介紹了AFE采樣電路所涉及到的各處電阻，知道它們的存在只是第一步，更重要是怎么處理好這些電阻；借著周末，我又寫了一些字，也畫了一些圖，可能沒有多少人能看見這個(gè)，但希望看見的人，對(duì)您的設(shè)計(jì)有所幫助。