如何計算遠程天線電流檢測放大器和開關(guān)的工作窗口

本應(yīng)用筆記可幫助設(shè)計人員選擇正確的外部元件，以確保汽車天線檢測電路滿足性能目標(biāo)。計算器詳細說明了如何指定MAX16913/MAX16913A遠端天線檢流放大器和開關(guān)的關(guān)鍵外部元件。該計算器還確定器件的工作窗口和模擬輸出電壓精度。給出了一個計算示例。

介紹

MAX16913/MAX16913A（圖1）為精密電流檢測放大器（CSA）和開關(guān)，為汽車應(yīng)用中的遠端無線電天線提供幻象電源。此外，它們還提供短路保護、限流保護和負(fù)載開路檢測。為了確保天線檢測電路滿足性能目標(biāo)，設(shè)計工程師必須為設(shè)計選擇正確的外部元件。

在天線應(yīng)用中使用 CSA 和開關(guān)時，設(shè)計人員通常必須確定開路負(fù)載、正常工作、短路和電流限制的工作窗口（圖 2）。此外，還必須驗證CSA模擬輸出電壓的精度。

圖1.MAX16913A遠端天線CSA和開關(guān)的典型工作電路。

圖2.這些 CSA 的操作范圍。

本應(yīng)用筆記提供了一個計算器，展示了如何確定適當(dāng)?shù)臋z測電阻和用于設(shè)置負(fù)載開路閾值（檢測范圍）容差的電阻分壓器?？紤]外部元件和MAX16913/MAX16913A的容差，然后計算適當(dāng)?shù)娜莶畲翱诜秶垣@得最佳性能。計算器可在此處獲得，下面是一個示例計算。

計算所需的檢測電阻

理想情況下，最大工作電流在檢流電阻兩端產(chǎn)生滿量程檢測電壓，R森斯（圖1）。計算 R 的最大值森斯使IN和SENS兩端的差分電壓不超過最小滿量程檢測電壓（87mV）*：

其中 VDIFF（最小值） = VIN - VSENSE = 87mV （最小值） 在最大保證輸出電流下，ILOAD（滿量程）（圖 2）。

但是，電阻器始終具有容差，因此實際電阻值可能因其容差額定值而更高，從而導(dǎo)致器件過早檢測到短路。在考慮電阻器的額定容差后，可以計算出標(biāo)稱最大電阻值：

其中 R感應(yīng)（最大）是上面計算的最大檢測電阻，R感測容差是電阻器的公差額定值。請記住，計算出的檢測電阻的確切值可能不可用。如果是這種情況，請為 R 選擇最接近的較小值感（最大）（標(biāo)稱）并使用它來計算RSENS_P（標(biāo)稱）.或者，可以使用標(biāo)準(zhǔn)電阻的串聯(lián)或并聯(lián)組合來獲得最佳檢測電阻。

計算短路電流檢測窗口

已選擇標(biāo)稱檢測電阻?，F(xiàn)在，當(dāng)檢測到短路時，通過檢測電阻的典型電流可以計算如下：

其中 VSC（典型值）是短路電壓閾值（100mV）*和R的典型值SENS_P（標(biāo)稱）是上面選擇的檢測電阻。

但是，由于VSC和RSEN具有不相關(guān)的公差（即，最小值和最大值彼此獨立變化），因此必須考慮額外的誤差。因此，最壞情況下的短路電流檢測窗口為：

和

其中 VSC（分鐘）是短路電壓閾值（87mV）*和V的最小值SC（最大）是最大值 （110mV）。 因此：

因此，當(dāng)電流在I之間時，短路標(biāo)志（/SC）將變?yōu)榈碗娖絊C（分鐘）和我SC（最大）.

計算限流范圍

與短路電流檢測窗口類似，限流范圍通常為：

其中VLIM（TYP）是IN和SENS （200mV）之間的限流閾值電壓的典型值，*RSENS_P（NOM）是所選的檢測電阻。
考慮到VLIM和RSENS具有不相關(guān)的容差，可以計算出通過檢測電阻的最差情況限流范圍：

和

其中 VLIM（MIN） 是 IN 和 SENS 之間的電壓最小值 （173mV），* VLIM（MAX） 是最大值 （225mV）。

計算開路負(fù)載檢測窗口

MAX16913和MAX16913A的處理步驟不同。

For the MAX16913

MAX16913的負(fù)載開路檢測門限（/OL）在內(nèi)部設(shè)置為V奧利特= 0.66V.* 使用1Ω電阻的相關(guān)電流范圍在數(shù)據(jù)手冊中規(guī)定為10mA （最小值）、20mA （典型值）和30mA （最大值）。這些值包括負(fù)載開路比較器、增益放大器和外部檢測電阻（1Ω）的容差。

要使用不同的檢測電阻確定負(fù)載開路檢測窗口，首先必須將給定的電流電平轉(zhuǎn)換為電壓：

然后使用上述計算的值，開路電流檢測閾值的典型值計算為：

其中 VOLT（典型值）是上面計算的開路負(fù)載檢測閾值電壓的典型值，RSENS_P（標(biāo)稱）是所選的檢測電阻。

同時考慮負(fù)載開路電流閾值的容差和檢測電阻的容差，負(fù)載開路檢測的電流范圍計算公式為：

和

其中 VOLT（分鐘）和 VOLT（最大）是負(fù)載開路檢測閾值電壓的最小值和最大值;RSENS_P（分鐘）和 RSENS_P（最大）是上面計算的檢測電阻的最小值和最大值。

最壞情況下的開路負(fù)載檢測窗口介于 IOL（分鐘）和我OL（最大）.

For the MAX16913A

MAX16913A的開路負(fù)載門限可通過電阻分壓器在REF、OLT和GND之間調(diào)節(jié)。因此，首要任務(wù)是指定外部電阻分壓器。

指定外部電阻分壓器
首先，使用以下公式選擇OLT引腳上所需的電壓，以設(shè)置所需的標(biāo)稱OL閾值（在OLT引腳處，圖1）：

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

其中 AV 是 （VIN - VSENS） 與 VAOUT 增益 （13V/V），VREF 是 REF 引腳電壓 （3V）。 OLT 引腳上的外部電阻之比可以使用以下公式計算：

R2/R1 = VOLT/(VREF × (1 - VOLT/VREF))

其中 VREF 是 REF 引腳上的電壓 （3V）?，F(xiàn)在可以為R1或R2選擇任意標(biāo)準(zhǔn)值，然后計算另一個電阻值（圖1）。但是，請確保電阻分壓器的阻抗不會過度加載內(nèi)部基準(zhǔn)電壓。

確定開路負(fù)載閾值-電壓范圍
R1和R2的標(biāo)準(zhǔn)電阻值現(xiàn)已定義。接下來，考慮V的不相關(guān)公差裁判以及電阻R1和R2，即負(fù)載開路引腳的最差情況電壓范圍VOLTw，可以計算：

和

其中 R2（分鐘）是 R 的標(biāo)稱值2減去其容差值。這可以重述為 R2（分鐘）= R2- （R2× （R2托爾[%]/100%）） 和 R1（最大）是 R 的標(biāo)稱值1加上公差。

確定最壞情況，負(fù)載開路電流檢測窗口
此時已經(jīng)計算了VOLTw（MIN）和VOLTw（MAX）?，F(xiàn)在，考慮到REF輸出電壓VREF、檢測電阻RSENS_P（NOM）和增益AV的容差，可以計算檢測到開路負(fù)載時的最壞情況電流窗口（/OL）：

和

其中 VOLTw（MIN）、VOLTw（MAX）、RSENS_P（MIN） 和 RSENS_P（MAX） 已在上面計算;AV 是 （VIN - VSENS） 到 VAOUT 的增益，其最小值和最大值分別為 12.87 和 13.13*;VREF（MIN） 和 VREF（MAX） 是 REF 引腳電壓（2.7V 和 3.3V）的最小值和最大值。

評估通過 R 的電流森斯通過測量 A 上的電壓外

一個外準(zhǔn)確性

使用給定的檢測電阻RSENS和通過該電阻的定義電流ISENS，現(xiàn)在可以計算出在電流檢測放大器輸出端AOUT（例如微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC））上測量的最差電壓值范圍。還要考慮AOUT_Z和檢測電阻RSENS的不相關(guān)容差。因此：

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

和

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

其中 AV（MIN） 為 12.87V，AV（MAX） 為 13.13V;*，AOUT_Z（MIN） 和 AOUT_Z（MAX） 是 AOUT 零電流輸出電壓 （340mV）* （460mV） 的最小值和最大值;* RSENS（MIN） 和 RSENS（MAX） 是檢測電阻加上/減去其容差。
換句話說，檢測電流在VAOUT（MIN）和VAOUT（MAX）之間產(chǎn)生最壞情況下的AOOUT電壓變化。

采用上述最壞情況的電壓電平，并使用微控制器的軟件將這些電壓計算回電流，可以計算出：

和

凡是上面計算的VAOUT（MIN）和VAOUT（MAX）;AV是（VIN - VSENS）到VAOUT增益（13V/V）;* AOUT_Z（TYP）是AOOUT零電流輸出電壓（400mV）的典型值;*RSENS是檢測電阻的標(biāo)稱值。

因此，當(dāng)使用模擬輸出電壓測量通過檢測電阻的一定電流時，微控制器的ADC給出的電流值介于I評估（分鐘）和我已評估（最大）.

電流測量公差，I托爾是：

示例計算

對于這些示例計算，我們假設(shè)天線幻像供電應(yīng)用，其中正常工作窗口的上限（I負(fù)載（滿量程）） 為 100mA。那么所需的檢測電阻的最大值為：

當(dāng)使用容差為1%的電阻時，可以選擇的最大檢測電阻為：

由于0.861Ω電阻不能作為標(biāo)準(zhǔn)值，因此我們從E96系列中選擇下一個較小的電阻值作為R森-P（標(biāo)稱）= 0.845Ω.我們將此值用于后續(xù)計算。

接下來，可以計算短路檢測的典型電流值：

如前所述，短路電流檢測窗口的最小值和最大值介于ISC（分鐘）和我SC（最大）.為了計算這些值，我們首先需要所選檢測電阻的最小值和最大值。

這使我們能夠推導(dǎo)出短路電流檢測窗口的極限：

和

與短路電流檢測窗口類似，限流范圍的典型值為：

考慮到容差，限流范圍的最小值和最大值介于I林（分鐘）和我林（最大）:

和

MAX16913的典型負(fù)載開路檢測門限為：

包括公差在內(nèi)，最小值和最大值為：

和

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到MAX16913A，假設(shè)負(fù)載開路檢測窗口的最大電流值為30mA。因此，電阻分壓器中心點的最大電壓值為：

接下來，我們從E96系列中為R2選擇一個標(biāo)準(zhǔn)電阻，90.9kΩ（1%），并計算其最大值：

分壓器上部電阻的最小電阻值為：

假設(shè)公差也為 1%，標(biāo)稱值為：

在相同容差下選擇的最接近的較高標(biāo)準(zhǔn)值是R1 = 392kΩ。還考慮其公差，我們計算：

R2 的最小值為：

繼續(xù)使用這些值，開路負(fù)載閾值電壓范圍為：

和

MAX16913A負(fù)載開路檢測的最壞情況電流窗口為：

和

為了評估模擬輸出，A外，我們假設(shè)上面選擇的檢測電阻相同（0.845Ω），并評估負(fù)載電流為100mA時的精度。在此電流下，最小值和最大值 A外電壓介于：

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

和

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

取這些電壓并按照微控制器軟件的方式計算回來（即，從數(shù)據(jù)手

冊中獲取典型值），我們得出以下幾點之間的評估電流：

和

測量電流的最差情況容差可達：