ADS131B26-Q1 是一款完全集成的高壓電池組監(jiān)視器，適用于汽車電動(dòng)汽車 （EV） 電池管理系統(tǒng) （BMS）。
*附件：ads131b26-q1.pdf

特性

• 符合 AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)，適用于汽車應(yīng)用
  • 溫度等級(jí) 1：–40°C 至 +125°C，TA
• 符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)
  • 專為功能安全應(yīng)用而開發(fā)
  • 提供文檔，以幫助 ISO 26262 功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最高可達(dá) ASIL D
  • 系統(tǒng)能力高達(dá) ASIL D
  • 硬件能力高達(dá) ASIL D
• 兩個(gè)同步采樣的 24 位 ADC（ADC1A、ADC1B）用于電流分流測(cè)量：
  • 可編程滿量程范圍：
    • ±39mV 至 ±312.5mV
    • 支持廣泛的分流電阻值和電流測(cè)量范圍
  • 通過以下方式實(shí)現(xiàn)高精度電流分流測(cè)量：
    • 失調(diào)誤差：±1.5μV （最大值）
    • 增益漂移：20ppm/°C（最大值）
  • 可編程數(shù)據(jù)速率：500SPS至64kSPS
  • 每個(gè) ADC 的數(shù)字過流比較器具有可編程閾值，用于快速過流檢測(cè)
• 兩個(gè)同步采樣的 24 位 ADC（ADC3A、ADC3B）用于電壓測(cè)量：
  • 可編程數(shù)據(jù)速率：500SPS至64kSPS
  • 可編程滿量程范圍：±312.5mV 至 ±1.25V
• 兩個(gè)用于電壓和溫度測(cè)量的多路復(fù)用 16 位 ADC（ADC2A、ADC2B）：
  • 每個(gè)ADC8個(gè)模擬輸入
  • 可編程滿量程范圍：±312.5mV 至 ±1.25V
  • 通道音序器
• 用于緩解和檢測(cè)隨機(jī)硬件故障的監(jiān)控和診斷功能
• 電源電壓范圍：2.9V至16V
• SPI 兼容接口
• 9 個(gè)具有 PWM 功能的 GPIO

參數(shù)

方框圖

ADS131B26-Q1 是德州儀器（Texas Instruments）推出的 汽車級(jí)高壓電池組監(jiān)測(cè)器 ，專為電動(dòng)汽車（EV）電池管理系統(tǒng)（BMS）設(shè)計(jì)，集成 6 路 ADC 通道，可實(shí)現(xiàn)電池電流、電壓與溫度的高精度同步監(jiān)測(cè)。其核心優(yōu)勢(shì)在于符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)、具備高測(cè)量精度與冗余設(shè)計(jì)，能滿足汽車行業(yè)對(duì)可靠性、安全性的嚴(yán)苛要求，適用于高壓電池組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與保護(hù)場(chǎng)景。以下從核心特性、性能參數(shù)、功能模塊、應(yīng)用設(shè)計(jì)及訂購(gòu)信息等方面展開總結(jié)。

一、核心特性與產(chǎn)品定位

1. 基礎(chǔ)參數(shù)與架構(gòu)

• ADC 通道配置 ：共 6 路 ADC，分為三類功能通道，滿足 BMS 多維度監(jiān)測(cè)需求：
  • 電流監(jiān)測(cè) ADC（ADC1A/ADC1B） ：24 位分辨率，同步采樣，可編程增益（4/8/16/32 倍），滿量程范圍 ±39mV 至 ±312.5mV，適配外部分流電阻實(shí)現(xiàn)高精度電流測(cè)量；每通道集成獨(dú)立數(shù)字過流比較器，支持快速過流檢測(cè)。
  • 電壓監(jiān)測(cè) ADC（ADC3A/ADC3B） ：24 位分辨率，同步采樣，可編程增益（1/2/4 倍），滿量程范圍 ±312.5mV 至 ±1.25V，配合外部高壓分壓網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電池組電壓同步采集。
  • 溫度與輔助電壓 ADC（ADC2A/ADC2B） ：16 位分辨率，多路復(fù)用（每通道 8 路模擬輸入），可編程增益（1/2/4 倍），滿量程范圍 ±312.5mV 至 ±1.25V，可測(cè)量分流電阻溫度（通過熱敏電阻）及系統(tǒng)輔助電壓。
• 功能安全合規(guī) ：符合 AEC-Q100 車規(guī)認(rèn)證（溫度等級(jí) 1：-40°C 至 125°C），支持 ISO 26262 功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)性能力與硬件能力均達(dá) ASIL D 級(jí)別，集成豐富監(jiān)測(cè)與診斷功能以檢測(cè)隨機(jī)硬件故障。
• 供電與接口 ：供電電壓范圍 2.9V 至 16V，適配非穩(wěn)壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器；支持 SPI 兼容接口，9 路帶 PWM 功能的 GPIO，可實(shí)現(xiàn)外部報(bào)警、繼電器控制等擴(kuò)展功能；集成隔離 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，保障高低側(cè)信號(hào)隔離與供電穩(wěn)定。
• 冗余與可靠性設(shè)計(jì) ：關(guān)鍵通道（電流、電壓）采用雙 ADC 同步采樣冗余架構(gòu)；內(nèi)置高精度電壓基準(zhǔn)（REFA/REFB，1.25V，溫度漂移低至 3ppm/°C）、負(fù)電荷泵（NCPA/NCPB），支持信號(hào)低于地電位測(cè)量；ESD 防護(hù)達(dá)人體放電模型（HBM）±1000V、帶電器件模型（CDM）±500V。
• 封裝與環(huán)境適應(yīng)性 ：采用 48 引腳 HTQFP（PHP 封裝），尺寸 9mm×9mm，底部熱焊盤優(yōu)化散熱；工作溫度范圍 - 40°C 至 105°C，結(jié)溫最高 150°C，滿足汽車惡劣工況需求。

2. 同系列型號(hào)差異

ADS131B26-Q1 屬于 ADS131B2x-Q1 系列，系列內(nèi)型號(hào)差異主要體現(xiàn)在 ADC 通道數(shù)量，具體如下表：

二、關(guān)鍵性能指標(biāo)

1. 核心電氣性能（典型值，TA=25°C，APWR=5V，DPWR=5V，IOVDD=3.3V，fCLK=8.192MHz）

三、核心功能模塊

1. 模擬前端與 ADC 采樣機(jī)制

（1）電流監(jiān)測(cè) ADC（ADC1A/ADC1B）

• 輸入多路復(fù)用與 PGA ：支持差分信號(hào)（CPy/CNy）、反向差分信號(hào)、內(nèi)部短路至 AGNDy（自校準(zhǔn)）、另一通道測(cè)試 DAC 信號(hào)輸入；PGA 增益 4/8/16/32 倍可調(diào)，通過負(fù)電荷泵（NCPy）支持輸入信號(hào)低于地電位測(cè)量，適配低壓側(cè)分流電阻的雙向電流監(jiān)測(cè)。
• 數(shù)字濾波與采樣模式 ：采用二階 ΔΣ 調(diào)制器與 sinc3 數(shù)字濾波器，過采樣率（OSR）64-8192 可編程，數(shù)據(jù)率 500SPS-64kSPS；支持連續(xù)采樣與單次采樣模式，全局?jǐn)夭Ｊ剑℅C13y_EN=1b）可大幅降低偏移誤差與漂移，噪聲改善√2 倍。
• 過流檢測(cè) ：每通道集成數(shù)字過流比較器，通過 OCCy_HIGH_TH/LOW_TH 寄存器設(shè)置閾值，OCCy_NUM 配置連續(xù)超閾值次數(shù)（0-31 次），觸發(fā)后通過 OCCA/OCCB 引腳或 STATUS 寄存器快速輸出故障信號(hào)，響應(yīng)時(shí)間最快 < 15.6μs（大過沖場(chǎng)景）。

（2）電壓監(jiān)測(cè) ADC（ADC3A/ADC3B）

• 架構(gòu)與校準(zhǔn) ：復(fù)用 ADC1y 的 ΔΣ 調(diào)制器與數(shù)字濾波架構(gòu)，PGA 增益 1/2/4 倍可調(diào)，支持偽差分測(cè)量（V7y 接 VCMA/VCB 共模電壓）；支持偏移與增益校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)于外部非易失性存儲(chǔ)器，上電后加載以保障精度。
• 同步采樣 ：與 ADC1y（電流）同步采樣，確保電壓與電流信號(hào)相位一致，提升電池充放電功率計(jì)算精度，適配電池狀態(tài) - of-charge（SoC）與狀態(tài) - of-health（SoH）計(jì)算需求。

（3）溫度與輔助電壓 ADC（ADC2A/ADC2B）

• 多路復(fù)用與序列器 ：每通道 8 路模擬輸入（V0y-V7y），支持單端（AGNDy 為負(fù)端）、偽差分（V7y 為負(fù)端）測(cè)量；集成通道序列器，可配置 16 個(gè)序列步驟（SEQ2y_STEPn），自動(dòng)循環(huán)采集指定通道，減少 SPI 通信開銷。
• 溫度測(cè)量 ：支持內(nèi)部溫度傳感器（TSA/TSB，輸出電壓 118.4mV@25°C，溫度系數(shù) 410μV/°C）與外部熱敏電阻輸入，通過 ADC2y 采集后換算溫度，公式為：Die****temperatu re ( ° C ) = 25 +(VTS?**?118.4mV**)/410μ V /° C 。

2. 功能安全與診斷

（1）監(jiān)測(cè)與故障檢測(cè)

• 電源監(jiān)測(cè) ：監(jiān)測(cè) AVDD/IOVDD/DVDD 的過壓（OV）、欠壓（UV）、振蕩（OSC）與過溫（OTW），AGND/DGND 引腳斷開檢測(cè)；AVDD/IOVDD LDO 集成電流限制，故障時(shí)通過 FAULT 引腳或 STATUS 寄存器輸出告警。
• 時(shí)鐘監(jiān)測(cè) ：主時(shí)鐘（MCLK，內(nèi)部 8.192MHz 振蕩器或外部時(shí)鐘）與診斷振蕩器（OSCD）頻率監(jiān)測(cè)，時(shí)鐘看門狗（MCLK_WD/OSCD_WD）檢測(cè)時(shí)鐘丟失，頻率偏差超 10% 時(shí)觸發(fā)故障。
• 數(shù)字監(jiān)測(cè) ：寄存器映射（分 3 個(gè)區(qū)段）與存儲(chǔ)器映射 CRC 校驗(yàn)，檢測(cè)配置數(shù)據(jù)與內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤；GPIO 讀寫回測(cè)（GPIOA/B_DIAG_EN），驗(yàn)證 GPIO 輸出與輸入路徑完整性。

（2）冗余與校準(zhǔn)

• 雙區(qū)架構(gòu) ：器件分為 A/B 兩區(qū)，每區(qū)獨(dú)立 ADC、基準(zhǔn)、溫度傳感器與電源，關(guān)鍵信號(hào)跨區(qū)交叉檢測(cè)（如 Test DAC A 輸出至 ADCxB 測(cè)量），提升冗余度。
• 校準(zhǔn)機(jī)制 ：支持 Foreground 校準(zhǔn)，通過短接 ADC 輸入或注入精密測(cè)試信號(hào)，自動(dòng)計(jì)算偏移與增益校準(zhǔn)系數(shù)；校準(zhǔn)結(jié)果隨溫度動(dòng)態(tài)調(diào)整，保障寬溫范圍內(nèi)精度穩(wěn)定。

3. 數(shù)字接口與控制

（1）SPI 通信

• 接口配置 ：4 線 SPI（CSn、SCLK、SDI、SDO），支持 24/32 位數(shù)據(jù)寬度，輸入（RX_CRC）與輸出（強(qiáng)制使能）CRC 校驗(yàn)，檢測(cè)通信錯(cuò)誤；SPI 超時(shí)功能（TIMEOUT_EN=1b）防止 CSn 永久拉低導(dǎo)致通信掛死，超時(shí)周期 16385 個(gè) OSCD 周期。
• 數(shù)據(jù)傳輸 ：ADC1y/ADC3y 的 24 位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)通過 SPI 幀自動(dòng)輸出，ADC2y 的 16 位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于 SEQ2y_STEPn_DATA 寄存器，通過 RREG 命令讀??；STATUS 字（含故障標(biāo)志、命令響應(yīng)、計(jì)數(shù)器）作為每幀首字輸出，實(shí)時(shí)反饋器件狀態(tài)。

（2）GPIO 與 PWM 功能

• 通用 GPIO ：9 路 GPIO（GPIO0-GPIO4、GPIO0A/GPIO1A、GPIO0B/GPIO1B），GPIO0-GPIO4 邏輯電平基于 IOVDD，GPIOxy 基于 AVDD；支持推挽輸出（最大 8mA 負(fù)載），可配置為 FAULT（故障輸出）、MHD（丟失主機(jī)檢測(cè)）、OCCA/OCCB（過流輸出）。
• PWM 功能 ：GPIO0-GPIO4 支持 PWM 輸入解碼與輸出生成，PWM 周期與占空比通過 GPIOx_LL/LH_PWM_CFG 寄存器配置，時(shí)間基準(zhǔn)（16/64/256/1024×tMCLK）可調(diào)，適配外部設(shè)備控制（如風(fēng)扇、繼電器）。

四、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 電源與布局設(shè)計(jì)

• 供電配置 ：
  • 模擬供電（APWR/AVDD）：APWR 外接 1μF 去耦電容（靠近引腳，X7R 材質(zhì)），AVDD 外接 0.5-2μF 電容；RCAPA/RCAPB（基準(zhǔn)輸出）外接 1μF 電容至 AGNDA/AGNDB，保障基準(zhǔn)穩(wěn)定。
  • 數(shù)字供電（DPWR/IOVDD）：DPWR 外接 1μF 去耦電容，IOVDD 外接 0.5-2μF 電容；DCAP（DVDD LDO 輸出）外接 220nF 電容至 DGND，降低數(shù)字噪聲。
• 隔離與接地 ：
  • 嚴(yán)格區(qū)分模擬地（AGND/AGNDA/AGNDB）與數(shù)字地（DGND），單點(diǎn)連接（建議 PCB 地層單點(diǎn)互聯(lián)），避免地環(huán)流；高壓分壓網(wǎng)絡(luò)與低壓控制電路（SPI）間距≥8mm，滿足爬電距離要求。
  • 分流電阻至 ADC1y 輸入（CPy/CNy）采用對(duì)稱布線，長(zhǎng)度差≤0.5mm，降低寄生電感導(dǎo)致的相位差；模擬信號(hào)跡線短而粗（寬度≥0.2mm），數(shù)字跡線遠(yuǎn)離 ADC 輸入，減少串?dāng)_。

2. 模擬輸入設(shè)計(jì)

• 電流采樣 ：
  • 分流電阻選擇：根據(jù)最大電流（如 100A）與 ADC1y 滿量程（增益 = 32 時(shí) ±39mV）計(jì)算，推薦 200μΩ/2W 型號(hào)（電壓降 ±20mV），溫度系數(shù) < 25ppm/°C，避免溫度漂移影響精度。
  • 抗混疊濾波：分流電阻與 ADC1y 輸入間串聯(lián) RC 濾波器（推薦 50Ω+4.7nF，截止頻率 < 數(shù)據(jù)率 1/2），差分信號(hào)采用雙絞線傳輸，減少噪聲耦合。
• 電壓采樣 ：
  • 分壓網(wǎng)絡(luò)：高壓電池組電壓（如 400V）通過 2 個(gè) 1MΩ/200V 高精度電阻（±0.1%，溫度系數(shù) < 10ppm/°C）分壓，輸出電壓匹配 ADC3y 滿量程（如增益 = 4 時(shí) ±312.5mV）；分壓節(jié)點(diǎn)串聯(lián) 1kΩ+10nF RC 濾波，抑制高頻噪聲。
  • 共模電壓配置：ADC3y 采用偽差分模式，V7y 接 VCMA/VCB（0.78V），提升共模抑制比，適配高壓?jiǎn)味诵盘?hào)轉(zhuǎn)換。
• 溫度采樣 ：
  • 外部熱敏電阻：串聯(lián) 1kΩ 限流電阻，熱敏電阻兩端電壓通過 ADC2y 單端測(cè)量，利用分壓比計(jì)算電阻值，再通過熱敏電阻特性曲線（如 NTC 的 β 值）換算溫度。
  • 內(nèi)部傳感器：ADC2y 序列步驟配置為 TSA/TSB 輸入，增益 = 2，提升測(cè)量分辨率，適配器件自身溫度監(jiān)測(cè)與過熱保護(hù)。