Texas Instruments AMC131M01 24位隔離式Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 是一款精密的單通道數(shù)據(jù)和電源隔離、24位、Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器。AMC131M01具有寬動(dòng)態(tài)范圍的電能測(cè)量特定特性和低功耗特性，適用于電能計(jì)量和電能計(jì)量應(yīng)用。該器件的輸入阻抗高，因此ADC輸入可直接連接分流電流傳感器或電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：Texas Instruments AMC131M01 24位隔離式Δ-Σ ADC數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

Texas Instruments AMC131M01具有完全集成的隔離式直流-直流轉(zhuǎn)換器，支持器件低側(cè)的單電源運(yùn)行。增強(qiáng)型電容隔離柵通過UL1577和VDE 0884-17認(rèn)證。該隔離柵將系統(tǒng)各部分隔開，以保護(hù)低壓部分免受損壞。它可在不同共模電壓電平下工作，因此AMC131M01非常適合用于采用分流電流傳感器的多相電能計(jì)量應(yīng)用。

特性

• 隔離式ΔΣ ADC，具有差分輸入
• 單電源運(yùn)行（3.3V或5V），帶集成直流-直流轉(zhuǎn)換器
• 低EMI，符合CISPR-11和CISPR-25標(biāo)準(zhǔn)
• 可編程數(shù)據(jù)速率高達(dá)64kSPS
• 可編程增益高達(dá)128
• 低漂移內(nèi)部電壓基準(zhǔn)
• 4線SPI接口，帶循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC)
• 安全相關(guān)認(rèn)證
  • 7070VPEAK 增強(qiáng)隔離符合DIN EN IEC 60747-17（VDE 0884-17）
  • 5000VRMS 隔離1分鐘，符合UL1577
• 20引腳寬體SOIC封裝
• 工作溫度范圍：-40°C至+125°C

功能框圖

AMC131M01：高精度隔離式Δ-Σ ADC在電能計(jì)量中的應(yīng)用

一、AMC131M01概述

AMC131M01是德州儀器(TI)推出的一款24位高精度單通道隔離式Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，專為電能計(jì)量和功率測(cè)量應(yīng)用設(shè)計(jì)。該器件集成了隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器，支持3.3V或5V單電源供電，具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)范圍、低功耗和能源測(cè)量專用特性。

主要特性

• ?高精度測(cè)量?：24位分辨率，64kSPS采樣率
• ?隔離性能?：7070VPEAK增強(qiáng)型隔離(DIN EN IEC 60747-17)，5000VRMS隔離1分鐘(UL1577)
• ?集成DC/DC轉(zhuǎn)換器?：支持單電源供電
• ?寬工作溫度范圍?：-40°C至+125°C
• ?低EMI設(shè)計(jì)?：符合CISPR-11和CISPR-25標(biāo)準(zhǔn)

二、關(guān)鍵功能解析

1. 隔離架構(gòu)

AMC131M01采用基于二氧化硅(SiO?)的電容隔離屏障，具有高磁抗擾度。隔離屏障將系統(tǒng)中工作在不同共模電壓水平的部分分開，保護(hù)低壓部分免受損壞，使其成為使用分流電流傳感器的多相電能計(jì)量應(yīng)用的理想選擇。

2. 模擬前端

器件包含一個(gè)可編程增益放大器(PGA)，提供1至128的可編程增益范圍。在增益≥8時(shí)，器件會(huì)自動(dòng)啟用輸入預(yù)充電緩沖器，提供高輸入阻抗，可直接連接到電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)或分流電流傳感器。

3. 數(shù)字濾波器

AMC131M01采用sinc3數(shù)字濾波器，提供線性相位有限脈沖響應(yīng)(FIR)低通濾波功能。濾波器可配置的過采樣率(OSR)從64到16384，允許用戶在不同數(shù)據(jù)速率和噪聲性能之間進(jìn)行權(quán)衡。

4. 校準(zhǔn)功能

器件提供偏移和增益校準(zhǔn)寄存器，可自動(dòng)調(diào)整輸出樣本以補(bǔ)償測(cè)量誤差。偏移校準(zhǔn)寄存器(OCAL0[23:0])用于系統(tǒng)偏移誤差校正，增益校準(zhǔn)寄存器(GCAL0[23:0])用于系統(tǒng)增益誤差校正。

三、典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

1. 三相電能計(jì)量系統(tǒng)

在如圖1所示的三相電能計(jì)量系統(tǒng)中，三個(gè)AMC131M01器件分別測(cè)量各相電流，提供相間電氣隔離。這種隔離至關(guān)重要，因?yàn)榈湫颓闆r下，一相可能為220V，而相鄰相可能為-220V，導(dǎo)致ADC輸入端可能出現(xiàn)440V的電壓差。

?設(shè)計(jì)要點(diǎn)?：

• 每個(gè)AMC131M01測(cè)量分流電阻(如200μΩ)上的電壓降
• 配置增益=32時(shí)，可測(cè)量±37.5mV的差分電壓
• 集成電荷泵允許測(cè)量低于HGND的電壓(最低HGND-1.3V)

2. 抗混疊濾波設(shè)計(jì)

推薦使用簡(jiǎn)單的RC低通濾波器作為抗混疊濾波器：

• 電阻：50Ω
• 電容：4.7nF

這種單階濾波器結(jié)合器件內(nèi)置的數(shù)字濾波器，可有效抑制帶外噪聲和干擾。

四、電源設(shè)計(jì)與布局建議

1. 電源去耦

• 低壓側(cè)電源(DVDD)：1nF(靠近引腳)+1μF電容
• DC/DC轉(zhuǎn)換器：100nF(DCDC_CAP引腳)+1μF(高壓側(cè))
• 高壓側(cè)LDO：1nF(靠近引腳)+100nF電容

2. EMI優(yōu)化措施

• 在DCDC_OUT和HLDO_IN之間放置鐵氧體磁珠
• 在DCDC_HGND和HGND之間放置鐵氧體磁珠
• 高壓側(cè)避免使用地平面，采用單獨(dú)的走線連接HGND

3. 布局要點(diǎn)

• 將較小的去耦電容盡可能靠近器件引腳放置
• 保持分流連接布局對(duì)稱
• 數(shù)字信號(hào)走線遠(yuǎn)離所有模擬輸入和相關(guān)元件

五、寄存器配置與SPI通信

AMC131M01通過SPI兼容接口進(jìn)行配置和數(shù)據(jù)讀取，接口工作在SPI模式1(CPOL=0，CPHA=1)。關(guān)鍵寄存器包括：

1. ?CLOCK寄存器?：配置時(shí)鐘分頻器、OSR和功率模式
2. ?GAIN寄存器?：設(shè)置PGA增益(1-128)
3. ?CH0_CFG寄存器?：選擇輸入源(AIN0P/AIN0N、短路、DC/AC測(cè)試信號(hào))
4. ?校準(zhǔn)寄存器?：存儲(chǔ)偏移和增益校準(zhǔn)系數(shù)

?通信特點(diǎn)?：

• 支持16/24/32位字長
• 內(nèi)置循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)引擎
• 數(shù)據(jù)就緒信號(hào)(DRDY)指示新轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可用

六、性能與認(rèn)證

AMC131M01通過了多項(xiàng)安全相關(guān)認(rèn)證：

• DIN EN IEC 60747-17(VDE 0884-17)認(rèn)證
• UL1577組件認(rèn)可
• CSA組件驗(yàn)收

在輻射發(fā)射測(cè)試中，器件滿足CISPR 11標(biāo)準(zhǔn)要求，適合工業(yè)應(yīng)用環(huán)境。