技术

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<strong>电路功能与优势</strong>

数字控制电流源在许多应用中至关重要，如电源管理、电磁阀控制、电机控制、阻抗测量、传感器激励和脉搏血氧仪等。本文介绍三种利用 DAC、运算放大器和 MOSFET 晶体管构建支持串行接口数字控制的电流源。

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<strong>作者：Miguel Usach</strong>

<strong>典型DPD应用</strong>

模数转换器(ADC)中集成的缓冲器和放大器通常是斩波型。有关这种斩波实现的例子，可参见AD7124-8和AD7779数据手册。需要这种斩波技术来最大程度地降低放大器的失调和闪烁噪声(1/f)，因为与其他工艺(如双极性工艺)相比，CMOS晶体管噪声高，难以匹配。通过斩波，放大器的1/f和失调转换到较高频率，如图1所示。

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<strong>电路功能与优势</strong>

图1所示紧凑型双芯片电路提供非接触式各向异性磁阻 (AMR)测量解决方案，可用于角度或线性位置测量。该双 芯片系统在180°范围内具有优于0.2°的角精度，在0.5英寸范 围内具有2 mil(0.002英寸)线性精度，具体取决于所用磁体的 尺寸。

该电路适用于高速、高精度、非接触式角度和长度测量关 键型应用，比如机床速度控制、起重机角度控制、无刷直 流电机和其他工业或汽车应用。

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<strong>简介</strong>

设计隔离测量仪器颇具挑战性，有时甚至会令人沮丧不已。隔离前端可以保护用户免受测量系统中可能存在的致命电压的伤害，同时允许工程师在高共模电压下进行精确的测量。图1所示为此类测量的一个典型示例。在高压燃料电池或电池组中，了解单个电池的电压有助于确保系统的安全运行，同时可以最大限度地延长电池寿命。在确定单个电池的电压时，我们必须在高达数百伏特的共模电压下进行测量。在用热电偶测量载流导体的温度时，会出现类似的情况。在本例中，系统必须具备测量毫伏级信号分辨率的能力，同时抑制高电平的60 Hz共模噪声，并保护操作员不受任何危险电压的伤害。

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<strong>作者：Miguel Usach Merino，ADI公司</strong>

在分布式系统中，模拟信号在传感器或负载间来回远程传输。在这类系统中，信号要传输很长的距离，噪声抑制能力成为一个重要考虑因素。噪声会耦合进信号中，结果使数据遭到破坏，由此产生不良影响。系统需要得到适当的保护，了解预期噪声的量和性质可以明确需要采取的保护措施，以取消或者至少减少环境干扰水平。

噪声源或干扰源一般有两种，根据其耦合进主信号的方式，分为共模噪声和差模噪声两种，如图1所示。

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<strong>作者：David Rice，ADI公司应用工程师</strong>

工业系统中的数模转换器(DAC)可能需驱动宽范围负载。若DAC采用固定电源供电，那么这样做会让芯片产生大量功耗，尤其当负载较小或短路至地时。片内功耗会导致温度上升至超过建议的工作限值，这对具有高通道密度或较高环境温度的系统而言可能是个大问题。例如，理想DAC需要向100 Ω至1 kΩ范围内的用户定义负载提供高达20 mA电流。这种情况下，最低电源电压必须为20 V。DAC产生的最高功率为V × I = 20 V x 20 mA = 0.4 W。

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隔离式半桥栅极驱动器可用于许多应用，从要求高功率密度和效率的隔离式DC-DC电源模块，到高隔离电压和长期可靠性至关重要的太阳能逆变器等等，不一而足。本文将详细阐述这些设计理念，探索隔离式半桥栅极驱动器解决方案在提供高性能和小尺寸方面的卓越能力。

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<strong>作者：Harry Holt，ADI公司应用工程师</strong>

<strong>内容提要</strong>

对于大多数IC(集成电路)，数据手册上都会列出最大电源电流，但人们常常对其测量条件视而不见。对于某些轨到轨输出运算放大器，某些操作可能会导致电源电流比规定的最大值高出2到10倍。本文探讨在确定最大电源电流时，需要考虑哪些方面；本文的讨论对双极性和CMOS运算放大器均适用。

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许多传感器接口应用要求信号和电源隔离。为了运行模数转换器(ADC)、提供传感器偏置以及实现数字信号隔离，电源是必需的，但隔离电源的开关噪声可能会影响高精度测量。例如，当ADuM5201 isoPower的储能电路工作时，会产生360 MHz的噪声。如果该噪声与ADC的采样时间重合，噪声将耦合到传感器偏置、ADC电源或基准电压源中，导致测量丧失一定的保真度。为减少干扰，数字系统的常规做法是在时钟沿之间开始ADC转换，确保开关噪声不与电压转换相互作用。

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<strong>简介</strong>

低压差稳压器(LDO)可用来为高速时钟、模数转换器、数模转换器、压控振荡器和锁相环这些电路供电。噪声对于高性能模拟电路的设计人员而言极为重要。降低噪声的关键是保持LDO噪声增益接近单位增益，且不影响交流性能或直流闭环增益。

本文描述简单的RC网络如何降低可调节输出低压差稳压器的输出噪声。本文通过实验数据来演示这一简单方法的有效性。虽然RC网络的主要目的是降噪，但它也能改善电源抑制和负载瞬态响应。

图 1 显示典型可调节输出LDO的简化框图。输出电压VOUT等于基准电压与误差放大器直流闭环增益的乘积：VOUT = VR × (1 + R1/R2)，其中(1 + R1/R2)是误差放大器的直流闭环增益。

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旋变数字转换器(RDC)广泛用于汽车和工业应用中，用来提供电机轴位置/速度反馈信息。AD2S1210是一款完整的 10 位至 16 位分辨率RDC，片内集成可编程正弦波振荡器，为旋变器提供激励。由于工作环境恶劣，AD2S1210（C 级和 D 级）的额定温度范围为−40°C 至+125°C的扩展工业温度范围。

图 1 所示的高电流驱动器放大AD2S1210 的参考振荡器输出并进行电平转换，从而优化与旋变器的接口。该驱动器是一个使用双通道、低噪声、精密运算放大器AD8662和分立互补发射极跟随器输出级的复合放大器。一个类似的驱动器级用于互补激励输出，从而提供一个全差分信号来驱动旋变器初级绕组。AD8662 提供 8 引脚窄体SOIC和 8 引脚MSOP两种封装，额定温度范围均为−40°C至+125°C的扩展工业温度范围。

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<strong>作者：Rob Reeder，ADI高速信号处理部(北卡罗莱纳州格林斯博罗)资深应用工程师</strong>

<strong>内容提要</strong>

如今，在设计人员面临众多电源选择的情况下，为高速ADC设计清洁电源时可能会面临巨大挑战。在利用高效开关电源而非传统LDO的场合，这尤其重要。此外，多数ADC并未给出高频电源抑制规格，这是选择正确电源的一个关键因素。

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<strong>作者：Neil Zhao, Wenshuai Liao 和 Henri Sino</strong>

<strong>简介</strong>

在电机控制、电磁阀控制、通信基础设施和电源管理等诸多应用中，电流检测是精密闭环控制所必需的关键功能。从安全至关重要的汽车和工业应用，到电源和效率至关重要的手持式设备，都能发现它的身影。利用精密电流监控，设计人员可以获得关键的瞬时信息，例如电机扭矩（根据电机电流）、DC/DC转换器效率、基站LDMOS（横向扩散MOS）功率晶体管的偏置电流，或者短接至地等诊断信息。

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许多终端市场和应用中的一个明显趋势是用高效率的无刷直流电机(BLDC)替换交流电机或机械泵。要实现电机的精确控制和高效换向，高分辨率电流和旋转位置信息至关重要。虽然无传感器方案可用于检测反电动势电流，但是电机启动性能可能是个问题。

一种替代方案是使用基于异性磁阻(AMR)技术的角度传感器，这些传感器既便宜又精确。借助ARM传感器，不仅可实现高角度精度，而且可将一个检测元件和电子电路集成在同一封装中。这可获得非常小的传感器子系统，并且能够在电机总成内定位传感器。

ADI已与MR技术的领导者——Sensitec GMBH——开展合作，共同提供ADA4571，该产品将高精度AMR传感器和高性能仪表放大器集成在单个封装中。

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<strong>作者：Miguel Usach Merino，ADI公司</strong>

在分布式系统中，模拟信号在传感器或负载间来回远程传输。在这类系统中，信号要传输很长的距离，噪声抑制能力成为一个重要考虑因素。噪声会耦合进信号中，结果使数据遭到破坏，由此产生不良影响。系统需要得到适当的保护，了解预期噪声的量和性质可以明确需要采取的保护措施，以取或者至少减少环境干扰水平。

噪声源或干扰源一般有两种，根据其耦合进主信号的方式，分为共模噪声和差模噪声两种，如图1所示。

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触电安全的主要原则是，在危险加电电路与电气器件用户可接触的任何导体间必须存在相当于两个
独立绝缘系统的屏障。绝缘系统之一可为安全接地机壳加上单个内部绝缘层。另一种方法是配置两个绝缘系统以提供冗余保护。因此，使用双重绝缘方法的复杂电气系统要求在不损失信号完整性的前提下通过两个绝缘层进行电流隔离通信，这就需要具有等效电气强度和双冗余绝缘系统可靠性的器件。这种器件称为加强绝缘器件，依靠结构、型式试验和生产中持续监控来确保与两个独立系统具有同等的安全性。

本文将讨论如何根据IEC 60950、相关的IEC 60747-5-5及VDE-0884-10标准的结构和测试要求在光耦合器和数字隔离器中实现加强绝缘，以及与其他适用于两类隔离器的公认IEC标准的差异。

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解决问题的方法通常不止一种。有时使用最广泛的方法并不会产生最大利益。电机控制项目的系统设计人员使用各种电流测量方法确保电机高效运行并防止可能的损坏。在电机设计中有三种主要方法可测量电流。在本博文中，将回顾这三种方法，并分享直列式电机电流感应使用增强型脉冲宽度调制（PWM）抑制的五大优势。

如图1所示，基本上有三种不同的方法来测量三相电动机驱动系统中的电流：低侧、直流链路和直列测量。图1所示的是传统三相PWM逆变器，该逆变器使用三对功率MOSFET（绝缘栅双极晶体管IGBT也很常见）来驱动直流电动机。该图还包括高侧电流感应，其通常在显著错误情况下使用，比如接地电路短路的情况。

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<strong>作者：Bob Briano，ADI公司营销和应用经理；Aengus Murray，ADI公司电机和功率控制应用经理</strong>

<strong>简介</strong>

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<strong>作者：Colin Duggan和Denis Labrecque，ADI公司</strong>

鉴于在性能、成本、功耗、尺寸、新功能和效率等方面宏大的提升目标，未来嵌入式系统的设计面临着复杂的挑战。不过，一种有望解决这些复杂问题的设计选项已开始崭露头角——即模拟元件与ARM®微控制器内核的智能集成。这种方案与传统模拟集成的区别在于，新方案具有超高的性能，还经过了多种优化，以解决具体的系统级问题。虽然每个市场对这些提升领域的优选次序都有着自己的认识，但同时满足多个因素的要求实为众望所归，可以通过集成多个分立式元件来实现。从逻辑上讲，组合多个器件可以实现这些嵌入式系统目标中的一大部分，但只是简单地把多个分立式元件与一枚处理器集成到一个封装之中，这并非答案所在；解决方案要复杂得多，需要智能集成。

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<strong>作者：David Krakauer，ADI公司iCoupler隔离产品线经理</strong>

一方面，设计工程师不想在系统中增加电流隔离；另一方面，为了满足国内或国际安全法规要求，他们不得不这样做。增加电流隔离的弊端是隔离直接放在数据路径中，会导致延迟并使系统变慢。此外还会增加功耗、尺寸和成本。这些折中令人遗憾。多年来，设计工程师使用光耦合器，勉强应对这些缺点，但一种新型电流隔离器——数字隔离器已经上市，缓解了这些不利影响。利用数字隔离器可以实现尺寸更小、能效更高、更具性价比、性能更高的设计。然而，安全标准并未同步跟进，给数字隔离器带来了困惑和不确定性：它们是否像电流隔离一样安全？它们是否满足安全法规要求？