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2013 Microchip Technology Inc. DS01426A_CN 1 AN1426 简介 本应用笔记的中心目标是为新的 MCP3911 设计提供支 持材料。许多系统中存在多个 MCP3911 器件,用于测 量多个功率、电流或电压参数。本文将讨论旨在减少单 片机 I/O 使用的Δ - Σ主时钟 (MCLK)和串行通信的 正确级联。对于电能计量和功率监视系统,将 MCP3911 连接到高压系统(例如基于电流检测电阻的电流检测系 统)的初级侧时,接地和布线至关重要。本文将以适用 MCP3911 的参考设计介绍通过正确的模拟和数字接 地实现的 PCB 布线方法。 本文还将讨论不同工作条件下的 ADC 工作情况。有多 种方法优化模数转换的精度。诸如选择正确的过采样率 或选择适当的 MCLK 频率等决策可影响转换性能,影响 幅度为几 dB,在某些情况下甚至更大。 这里,挑战模数转换的极限将是重点,以展示器件的真 实性能限制。 SPI 总线上的可寻址器件 可以使用单个CS引脚将多个器件放置在单SPI 总线上, 通过这种方式对 MCP3911 模拟前端进行寻址。订购这 些器件时,可通过含有地址代码 A0A1A2 A3 不同部件编号进行购买。这些地址选项与 MCP3911 控制字节中的以下地址位对应,如1 所示。 这些器件应全部共用同一过采样时钟,即,所有器件的 OSC1 引脚应连接在一起。该时钟通常由单片机的输出 比较模块或脉宽调制(Pulse-width ModulationPWM模块驱动,本应用笔记后面将详细介绍。这样便可在系 统中使用引脚数更少的单片机,如1 所示。 1适用于多相电表设计的可寻址 SPI 作者: Craig King Microchip Technology Inc. SDI SDO SCK CS RESET DR MCP3911 地址 = A2 C SDI SDO SCK CS RESET DR MCP3911 地址 = A1 B SDI SDO SCK CS RESET DR MCP3911 地址 = A0 A SDO SDI SCK CS RESET IRQA MCU IRQB* IRQC* * 注:仅当要在任何单独 MCP3911 上使用 相位延时模块时,才需要 IRQB IRQC OSC1 OSC1 OSC1 OC1/PWM MCP3911 设计技巧

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Page 1: AN1426 - Microchip€¦ · 系统启动时的单命令配置 mcp3911 上的vdd 稳定后,可针对应用配置器件。对 于时间敏感型应用,可发送一次性配置字以在所有配置

AN1426MCP3911设计技巧

简介

本应用笔记的中心目标是为新的 MCP3911 设计提供支持材料。许多系统中存在多个 MCP3911 器件,用于测量多个功率、电流或电压参数。本文将讨论旨在减少单片机 I/O 使用的Δ - Σ主时钟 (MCLK)和串行通信的正确级联。对于电能计量和功率监视系统,将MCP3911连接到高压系统(例如基于电流检测电阻的电流检测系统)的初级侧时,接地和布线至关重要。本文将以适用于 MCP3911 的参考设计介绍通过正确的模拟和数字接地实现的 PCB 布线方法。

本文还将讨论不同工作条件下的 ADC 工作情况。有多种方法优化模数转换的精度。诸如选择正确的过采样率或选择适当的 MCLK 频率等决策可影响转换性能,影响幅度为几 dB,在某些情况下甚至更大。

这里,挑战模数转换的极限将是重点,以展示器件的真实性能限制。

单 SPI 总线上的可寻址器件

可以使用单个CS引脚将多个器件放置在单SPI总线上,通过这种方式对 MCP3911 模拟前端进行寻址。订购这些器件时,可通过含有地址代码 A0、A1、A2 或 A3 的不同部件编号进行购买。这些地址选项与 MCP3911 的控制字节中的以下地址位对应,如图 1 所示。

这些器件应全部共用同一过采样时钟,即,所有器件的OSC1 引脚应连接在一起。该时钟通常由单片机的输出比较模块或脉宽调制(Pulse-width Modulation,PWM)模块驱动,本应用笔记后面将详细介绍。这样便可在系统中使用引脚数更少的单片机,如图 1 所示。

图 1: 适用于多相电表设计的可寻址 SPI

作者: Craig KingMicrochip Technology Inc.

SDISDOSCK

CSRESET

DR

MCP3911地址 = A2

C 相

SDISDOSCK

CSRESET

DR

MCP3911地址 = A1

B 相

SDISDOSCK

CSRESET

DR

MCP3911地址 = A0

A 相

SDOSDISCKCSRESETIRQA

MCU

IRQB*IRQC*

* 注:仅当要在任何单独 MCP3911 上使用相位延时模块时,才需要 IRQB 和 IRQC

OSC1

OSC1

OSC1

OC1/PWM

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单 IRQ 与多 IRQ

当器件由单个MCLK提供时钟,并且OSC1引脚连接在一起时,只要内部时钟预分频和过采样率相同,器件之间的数据就绪脉冲就将同步。仅当 PHASE 寄存器中未引入相位延时或者 PHASE 寄存器的值匹配时,这种情况才适用。如果任何一个单独的 MCP3911 器件都不会引入相位延时,则可以使用单个中断请求引脚(Interrupt Request, IRQ),并且在下一个 DR 事件之前仅依次读取这些器件。

图 2: 控制字节

系统启动时的单命令配置

MCP3911 上的 VDD 稳定后,可针对应用配置器件。对于时间敏感型应用,可发送一次性配置字以在所有配置寄存器中写入值。 MCP3911 的内部寄存器可连续写入并进行时钟控制,而无需拉高寄存器间的 CS 和发送多个控制字节。没有适用于多个 MCP3911 器件的全局地址写入命令,因此,必须使用单独的地址字节分别写入每个 MCP3911 器件。在 SPI 总线上加载此配置时,不必激活 MCP3911 的主时钟 (MCLK)。也不必在加载此配置之前复位器件。

如果要同时复位或配置所有器件,只需在加载配置寄存器期间停止 MCLK。SPI 时钟(SCK)将仅加载串行接口寄存器的值。内部功能取决于主数字时钟 MCLK,因此,加载器件后启动该功能等同于全局地址写入操作。

PHASE:8、STATUSCOM:16、CONFIG:16 以及可选的失调和增益校准寄存器 OFFCAL_CH0:24、GAINCAL_CH0:24、 OFFCAL_CH1:24 和GAINCAL_CH1:24 均可连续写入,如图 3 所示。

.

图 3: 典型单命令配置

MCLK 生成

在诸如图 1 所示的系统中,当测量和计算功率量时,单片机生成的 MCLK 应始终存在。在所示系统中,MCLK与 MCU 内部时钟同步,这是尝试在整数个采样间执行特定次数的功率计算的 佳条件。

MCP3911 含有内部振荡器,允许器件与外部晶振配合使用。这会消耗稍多一些的电流,如果未使用晶振,并且部件收到外部生成的时钟源(例如图 1 中所示的单片机上的引脚),则可以将 CLKEXT 位置为 0 来禁止内部振荡器电路。对于性能更高的单片机, MCU 时钟的工作频率可高于 MCP3911 内部模拟主时钟(AMCLK)的限值。

A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 R/W

读 / 写位

寄存器地址位器件地址位

地址选项: A6 A5

A0 0 0

A1 0 1

A2 1 0

A3 1 1

00011010

CS

SCK

SDI

AVDD, DVDD

11XXXXXX

CONFIG2

ADDR/W

CONFIG2

Optional RESET of both ADCs One command for writing complete configuration (without calibration)

PHASE ADDR/W GAIN STATUSCOM CONFIGPHASE

00001110 xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx

用于写入完整配置的单命令 (无校准)两个 ADC 的可选 RESET

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对于此类情况,应通过更改配置寄存器中的 PRE 位来使用 MCP3911 的内部预分频器,如表 1 所示。

连续读模式

MCP3911 具有多种读模式,允许在特定的地址区内循环。可通过更改CONFIGURATION寄存器中的READ位来使用这些模式。这样用户可避免发送多个控制字节。

总共有四种读模式。定义为组的寄存器可通过使能单个CS 进行连续读取。定义为类型的寄存器可通过使能单个 CS 进行连续读取。整个寄存器映射可通过使能单个CS 进行连续读取,或者单个寄存器可通过使能单个 CS进行重复读取。表 2 中定义了寄存器类型和组的说明。注意这是寄存器集的部分列表。.

功耗优化

MCP3911 具有多个低功耗选项,用于在特定应用环境下减少器件功耗。下面将介绍器件中可关闭的各个模块。

振荡器电路

MCP3911 含有内部振荡器,允许器件连接到低成本晶振并生成自己的内部时钟源。在采用MCU驱动时钟(或一些其他时钟源)的应用中,器件的振荡器电路可进入关断模式,从而节省电流。这通过将 CONFIG 寄存器中的 CLKEXT 位置为逻辑高电平来完成。

MCLK 频率和 OSR 选择

AMCLK 是预分频之后的内部时钟频率,对器件的采样率有推动作用。如果应用对功率敏感,则应该对系统的带宽进行全面研究,因为内部时钟频率和采样率是决定通过 DVDD 引脚消耗的电流 DIDD 的总体因素。

更改过采样率(Oversampling Ratio,OSR)不会对AIDD 产生任何影响,即,提高过采样率以在较低速率下获得精度较高的数据不会减少 MCP3911 内的功耗。但是,从整个系统的角度看,在 MCP3911 上使用较高的OSR 将大大降低之后的平均计算值和可能产生的 MCU功耗。因此, 好总是使用尽可能高的 OSR 来进行MCP3911上的平均计算,并降低数据速率和减少MCU进行的处理。应用的带宽将限制 高 OSR。对于功率测量和电能计量应用,通常第 50 次或第 60 次谐波足以进行合适的带宽选择。因此对于 60 Hz 的工频频率,需要至少为 4-5 ksps 的 ADC 速率。采样率(DRCLK)、OSR 和 MCLK 之间的关系如以下公式所示。

公式 1:

因此,对于约 4 ksps 的目标数据速率,可以使用 4 MHz的 MCLK, OSR 设置为 256。

表 1: 预分频器设置

配置模拟主时钟预分频

PRE<1:0>

0 0 AMCLK = MCLK/1 (默认)

0 1 AMCLK = MCLK/2

1 0 AMCLK = MCLK/4

1 1 AMCLK = MCLK/8

表 2: 所有连续读 /写模式的寄存器映射分组

功能 地址

READ<1:0>

= 11 = 10 = 01

CHANNEL 0 0x00

循环整个寄存器映射

类型

组0x01

0x02

CHANNEL 10x03

组0x04

0x05

MOD 0x06

类型

PHASE 0x07

0x08

GAIN 0x09

STATUSCOM 0x0A

0x0B

CONFIG 0x0C

0x0D

DRCLK DMCLKOSR

---------------------- AMCLK4 OSR--------------------- MCLK

4 OSR PRESCALE-----------------------------------------------------------= = =

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要直接更改数字电流消耗,如果应用带宽允许,可使用较慢的 MCLK。数字 IDD(DIDD)与 MCLK 速率直接关联。如果功耗比模数转换更重要,则 OSR 较低的较慢MCLK 可生成足以满足应用的 ADC 结果,同时保持较低功耗。

模拟电流放大

模拟 IDD(AIDD)的驱动因素是 CONFIG 寄存器中的电流放大设置。电流放大选项决定了为器件模拟部分提供的电流量,该电流用于驱动Δ - Σ调制器、PGA 以及对于 A/D 转换至关重要的其他模块。采样速度较低时,此电路所需的电流也会减小,应使用较低的电流放大设置。

下图给出了不同的电流放大设置下的 AIDD 权衡,以及MCLK 和 DIDD 之间的关系。请注意,增加 MCLK 不会影响 AIDD,只有更改电流放大设置才会影响 AIDD。

图 4: 工作电流- MCLK 和电流放大设置曲线, VDD = 3.3V

显而易见,下一个问题应该是如何为应用确定正确的电流放大设置。确定了适合应用的采样速率和 MCLK 频率后,可选择正确的电流放大设置。如下图所示,如果电流放大设置选择不当,器件性能(在此通过测量信号对噪声和失真比 (Signal-to-Noise and Distortion Ratio,SINAD)显示)在特定采样速率下会受到严重影响。

图 5: SINAD - MCLK 和电流放大设置曲线, VDD = 3.3V

如图所示,对于功耗 少的 低电流放大设置(放大系数 = 0.5x),性能在 3-4 MHz 附近下降。然而,对于功耗 大的 高电流放大设置(放大系数 = 2x),AMCLK可驱动至几乎 20 MHz 而不会使性能降低。上图适用于PGA 增益 = 1 且 VDD = 3.3V 的情况。该图并不能代表所有情况,因为 大时钟频率同样会受到 PGA 增益和VDD 的轻微影响。表 3 提供了更全面的情况,给出了根据电流放大设置、 PGA 和 VDD 得出的 大时钟频率建议值。组成该表的限值是在 SINAD 与其 大值的差值超过 -5 dB 时选择的。

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

I DD

(mA

)

AIDD, Boost = 2x

AIDD, Boost = 1x

AIDD, Boost = 0.6x

0

0.5

1

5

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 25 27.5 30MCLK Frequency (MHz)

AIDD, Boost = 0.5x

DIDD, All Boost Settings

405060708090

100110120

-Noi

se a

nd D

isto

rtio

n R

atio

(dB

)

Boost = 0 5x

Boost = 0.66x

Boost = 2x

Boost = 1x

010203040

0 5 10 15 20 25 30

Sign

al-to

-

MCLK Frequency (MHz)

Boost = 0.5x

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完全关断模式

MCP3911能够使器件在未使用ADC的情况下进入超低功耗模式。这些模式会关断芯片的整个模拟部分,此时功耗低于 1 微安。这被定义为“完全关断模式”,可通过将 CONFIG 寄存器中的关断位置为 1 来进入此模式。此模式会禁用器件中包括 POR 在内的所有功能,因此使用此关断模式时应该小心。

检测 MCP3911 内部的 POR 事件

在某些应用中,了解 MCP3911 内部是否发生上电复位(Power-On Reset,POR)事件可能对于系统非常有用。该事件会在电源出现故障或其他噪声时产生,并在主机MCU没有意识到的情况下错误地将所有配置设置复位为零 (除非已检查寄存器或对配置 CRC 进行测试)。

一种检测方法是检查来自器件的数据就绪(data ready,DR)脉冲的时序。由于 SINC 滤波器稳定时间的原因,在 POR 之后的第一个 DR 脉冲之前,POR 会产生两个额外的 1/DRCLK 时间周期。

精度优化

将器件优化为适当的 AMCLK 速度和低功耗模式并非充分利用 MCP3911 的唯一方式。使用器件获得模数转换的 优精度是许多应用的主要关注点。本节将讨论如何在各种情况下获得器件的 佳动态性能(SINAD 和总谐波失真 (Total Harmonic Distortion, THD))。

表 3: 根据放大设置和 PGA 增益得出的 大 AMCLK 限值

条件VDD = 3.0V 至 3.6V,

TA 从 -40°C 至 125°CVDD = 2.7V 至 3.6V,

TA 从 -40°C 至 125°C

放大系数 增益 大 AMCLK(MHz)

大 AMCLK(MHz)

大 AMCLK(MHz)

大 AMCLK(MHz)

0.5x 1 3 3 3 3

0.66x 1 4 4 4 4

1x 1 10 10 10 10

2x 1 16 16 16 16

0.5x 2 2.5 3 3 3

0.66x 2 4 4 4 4

1x 2 10 10 10 10

2x 2 14.5 16 13.3 14.5

0.5x 4 2.5 2.5 2.5 2.5

0.66x 4 4 4 4 4

1x 4 10 10 8 10

2x 4 13.3 16 10.7 11.4

0.5x 8 2.5 2.5 2.5 2.5

0.66x 8 4 4 4 4

1x 8 10 10 6.7 8

2x 8 10 14.5 8 8

0.5x 16 2 2 2 2

0.66x 16 4 4 4 4

1x 16 10.6 10.6 8 10

2x 16 12.3 16 8 10.7

0.5x 32 2 2 2 2

0.66x 32 4 4 4 4

1x 32 10 11.4 8 10

2x 32 13.3 16 8 10

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MCP3911 抖动模块的正确使用

MCP3911 的抖动模块将不相关的伪随机噪声引入了MCP3911 的调制器输出,这会增加器件的整体基底噪声。但是,这种附加的噪声会有效降低 MCP3911 器件自身产生的任何相关噪声。这就是对器件降低 THD 而提高 INL 的原因。但是,总体精度通常由根据 SINAD 折算出的有效位数(Effective Number of Bits,ENOB)表示,SINAD 包含了 THD 特性中的谐波成份,以及信噪比 (SNR)准确描述的基底噪声。这里要注意的重点是,由于抖动模块会增加噪声,根据所使用的OSR,过采样可能会也可能不会有效去除抖动模块增加的不相关噪声。下图给出了不同抖动选项下的SINAD-OSR曲线 (见图 6)。

图 6: 不同 OSR 设置下抖动的正确使用

可以得出,当OSR设置较低时(OSR=32或OSR=64),应关闭抖动或设置为无抖动。这会将整体性能提高多个dB 以及至少 1-2 位的性能。

当 OSR 较高时,由于 THD 的改善,抖动模块的影响降低,通常应开启,如下所示:

图 7: THD - OSR 曲线

这里,在OSR较低时,抖动模块去除相关噪声(如THD)的作用不明显。

405060708090

100110120

o-N

oise

and

Dis

tort

ion

Rat

io (d

B)

Dithering = MaximumDithering = Medium

Dithering = Minimum

Dithering = None

010203040

32 64 128 256 512 1024 2048 4096

Sign

al-to

Oversampling Ratio (OSR)

-80-70-60-50-40-30-20-10

0

mon

ic D

isto

rtio

n (d

Bc)

Dithering = Medium

Dithering = Minimum

Dithering = None

-120-110-100

-9080

32 64 128 256 512 1024 2048 4096

Tota

l Har

m

Oversampling Ratio (OSR)

Dithering = Maximum

t e g ed u

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硬件布线 /PCB 接地

MCP3911 是兼有模拟和数字端口的混合信号 IC。它具有用于连接电源的模拟 (AVDD)和数字 (DVDD)引脚。也具有用于接地的模拟和数字接地引脚,分别标记为AGND和DGND。MCP3911系统还将包含一个MCU或 DSP。由于该器件主要用于功率和电能测量型应用,通过高压电力线直接连接外界也是很有可能出现的情况,并且是实现低噪声 PCB 设计的障碍。

本节介绍的原理图和布线图出自使用 MCP3911 和PIC18F65J90 设计的电表。完整的原理图、布线图、Gerber 和 BOM 位于 Microchip 网站的 MCP3911 产品页面上。

首先讨论的是电源,如图 8 所示。该图给出了与高压线(例如两线制 120V 或 220V 系统)的直接连接。在上桥臂 (线路侧)使用了一个电流检测电阻进行电流测量,这也为系统提供了接地。这是必要的,因为电流检测电阻直接连接到 MCP3911 的通道输入引脚。如果电流检测电阻在板外,则需要从电流检测电阻接线至 PCB 的输入 (这里是 CP4 和 CP5)。为了降低对电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)等外部影响的敏感度,这两条线应形成双绞线,但在图中未显示。

在图中可看到电流检测电阻,它连接在连接点 CP4 和CP5 之间。它还与系统的接地端连接, 初连接到描述为 GROUND B 或 GNDB 的节点。这是电表中噪声 大的位置,因为这里位于工频连接,直接连接到外界。L4和C13提供了一些抗外部噪声的能力。有关C12、C14、R11、D3 和 D2 形成的电容电源的更完整说明,请参见AN994《采用 MCP3905/6 进行符合 IEC 标准的有功电能表设计》(DS00994A_CN)以及 Microchip 网站的MCP3911 产品页面。此文档详细介绍了这部分电路的元件值选择。对于本应用笔记和此处讨论的重点,我们将关注该电路的接地和电源方案。请注意,所有电源元件均连接到 GNDB,电感扼流器 L5 将 GNDB 与新接地端、 GNDA 或模拟地隔离。

图中还显示了 3.3V 数字电源和 3.3V 模拟电源的分离。根据应用对成本的敏感性,在数字和模拟电源轨之间放置一个具有适当滤波功能的稳压器可能已足够。此处给出的是 保守的方法。

C11 和 C17 表示模拟和数字“起始”点,从该基本电势点开始在电源线上连接灵敏元件。

图 8: 电源和接地示例,独立稳压器提供 3.3V 模拟和 3.3V 数字电源

模拟地(GNDA)被分离出来,成为应用电路中对噪声敏感的部分,此处的信号大小通常是 小的。在电能

计量和功率监视系统中,此灵敏部分始终是 PCB 的电流检测区域。

小功率电流检测电阻和小电流会导致非常小的信号进入MCP3911 的电流通道。例如,一个用于测量 50 mA 电流的200 mΩ电流检测电阻会生成28.2 µV的峰 -峰电压(200 x 10-6 x 50 x 10-3 A x 2 x sqrt(2) = 28.2 x 10-6 V)。这些小信号必须全部与系统的其他部分隔离。

GNDB

GNDB

GNDB

GNDB

GNDBGNDB

GNDA

0.1uF0603

C10

GNDB

+9V IN

Shunt GND

0.1uF0603

C16

POWER

HIGH

Via_2.5x1.5CP4

GNDB

GNDB

231

Power Jack 2.5mm

J1

MRA4005

D1

VOUT3

VIN1

GND

2

MCP1790 3.3V

U3

VOUT3

VIN1

GND

2

MCP1790 3.3V

U2

Ferrite Bead

L5

470uFAL-F

C14MRA4005

D2

3SMAJ5929BD3

GNDB

3.3VA

3.3VD

470 5%AXIAL 25.4-18x7.5

R110.47uF

RAD_15x18x11

C12

S20K420MOV10.01uF

RAD_10x13x4

C13

TP_Wire_0.3''TP8

0.1uF0603

C15

GNDB

Ferrite Bead

L4

Via_2.5x1.5CP5

10uF1206

C17

10uF1206

C11

VOUTVINGND

VIN VOUTGND

电源插座

铁氧体磁珠

电流检测电阻

铁氧体磁珠

2013 Microchip Technology Inc. DS01426A_CN 第 7 页

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进一步看一下图 9,您将注意到与电流输入路径相关的所有元件均连接到模拟地 (GNDA)。还应注意到参考电压旁路电容 C8 和 C9 也连接到该地平面。模拟地和模拟 VDD 也连接并旁路到 GNDA。器件的 DGND 和数字侧连接到 GNDB。

图 9: MCP3911 正确的模拟(GNDA)和数字(GNDB)接地示意图

GNDB

GNDA

GNDA GNDA

GNDA

GNDA

GNDA

GNDA

800mA/150mOhm

L3

330k1%

1206

R8

GNDA

GNDA

GNDA

GNDA

GNDA

0.1uF1206

C51k 1%0603R5

1k 1%0603R4

GNDA

0.1uF0603

C30.1uF0603

C4

GNDB1k1%

0603

R10

1k1%

0603

R7

330k1%

1206

R9

0.1uF1206

C1

0.1uF1206

C6

0.1uF1206

C7

AFE_CLKIN

AFE_DR

AFE_F0/CS

AFE

_SYN

C

HIGH

LINE_SHUNT1

LINE_SHUNT2MPU_SCK

MPU_SDI

MPU_SDO

Via_1.6x1CP1

Via_1.6x1CP2

14

DGND 11

AGND8

CH0-5

DVDD2

OSC1/CLKI 15

SCK 18

MDAT1 12MDAT0 13

CH1-6

CH1+7

910

1

AVDD3

CH0+4 CS 17

OSC2 16

SDO 19SDI 20

MCP3911

U1800mA/150mOhm

L1

800mA/150mOhm

L2

105%

0603

R1105%

0603

R2

3.3VA 3.3VD

10uFTANT-A

C8

GNDA

10uFTANT-A

C2330k1%

1206

R3

330k1%

1206

R6

0.1uF0603

C9

RESET

DR

DVDD

AVDD

CH0+

CH1-

CH0-

AGND

RFIN/OUT+

RFIN-

SDI

SDO

SCK

CS

OSC2

OSC1/CLK1

MDAT0

MDAT1

DGND

CH1+

GNDA

GNDA

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PCB 布线

对于元件放置和布线,也必须特别小心。PCB 上的布线应尽可能短,并且必须保持差分对的对称。

图 10: 噪声敏感元件的 PCB 布线;红线区域代表模拟地平面 AGND

图 10 中的红线代表 PCB 的 AGND 部分。电源和 MCU隔离在 PCB 的右侧,被数字地平面包围。MCP3911 位于 PCB 左侧,被模拟地平面包围。

电路板的背面具有相同的地平面,同样用红线圈上。两个独立电源分别连接到系统的数字部分和模拟部分,包括 MCP3911。您还可以看到与模拟和数字接地端连接的铁氧体磁珠,在图 11 中用黄线标出。

图 11: 模拟和数字接地以及电源布线均正确的 MCP3911 设计

数字和模拟地平面之间的铁氧体磁珠有助于防止高频噪声进入器件。而且,它们通常放置到电流检测电阻的输入端和电源电路中用于提供额外保护。

总结

MCP3911 是高精度的模数转换器,可在超微弱信号的情况下实现 15.5 个有效位数 (ENOB)。合理的 PCB设计至关重要,尤其是在从事初级侧高压设计时。该器件具有极佳的可配置性,为用户提供了适用于各种应用的多种选择。若使用正确,它可为模数转换需求提供强大的解决方案。

参考资料

[1] MCP3911 数据手册,《3.3V 双通道模拟前端》(DS22286A_CN),Microchip Technology Inc.,2012。

2013 Microchip Technology Inc. DS01426A_CN 第 9 页

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注:

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请注意以下有关 Microchip 器件代码保护功能的要点:

• Microchip 的产品均达到 Microchip 数据手册中所述的技术指标。

• Microchip 确信:在正常使用的情况下, Microchip 系列产品是当今市场上同类产品中 安全的产品之一。

• 目前,仍存在着恶意、甚至是非法破坏代码保护功能的行为。就我们所知,所有这些行为都不是以 Microchip 数据手册中规定的

操作规范来使用 Microchip 产品的。这样做的人极可能侵犯了知识产权。

• Microchip 愿与那些注重代码完整性的客户合作。

• Microchip 或任何其他半导体厂商均无法保证其代码的安全性。代码保护并不意味着我们保证产品是 “牢不可破”的。

代码保护功能处于持续发展中。Microchip 承诺将不断改进产品的代码保护功能。任何试图破坏 Microchip 代码保护功能的行为均可视

为违反了《数字器件千年版权法案(Digital Millennium Copyright Act)》。如果这种行为导致他人在未经授权的情况下,能访问您的

软件或其他受版权保护的成果,您有权依据该法案提起诉讼,从而制止这种行为。

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的英文部分,因为其中提供了有关 Microchip 产品性能和使用

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维持和 / 或生命安全应用,一切风险由买方自负。买方同意在

由此引发任何一切伤害、索赔、诉讼或费用时,会维护和保障Microchip 免于承担法律责任,并加以赔偿。在 Microchip 知识

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2012 Microchip Technology Inc.

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商标

Microchip 的名称和徽标组合、 Microchip 徽标、 dsPIC、

FlashFlex、 KEELOQ、 KEELOQ 徽标、 MPLAB、 PIC、

PICmicro、PICSTART、PIC32 徽标、 rfPIC、SST、SST 徽

标、SuperFlash 和 UNI/O 均为 Microchip Technology Inc. 在

美国和其他国家或地区的注册商标。

FilterLab、 Hampshire、 HI-TECH C、 Linear Active Thermistor、 MTP、 SEEVAL 和 The Embedded Control Solutions Company 均为 Microchip Technology Inc. 在美国的

注册商标。

Silicon Storage Technology 为 Microchip Technology Inc. 在除美国外的国家或地区的注册商标。

Analog-for-the-Digital Age、 Application Maestro、BodyCom、 chipKIT、 chipKIT 徽标、 CodeGuard、dsPICDEM、 dsPICDEM.net、 dsPICworks、 dsSPEAK、ECAN、 ECONOMONITOR、 FanSense、 HI-TIDE、In-Circuit Serial Programming、 ICSP、 Mindi、 MiWi、MPASM、MPF、MPLAB Certified 徽标、MPLIB、MPLINK、mTouch、 Omniscient Code Generation、 PICC、 PICC-18、PICDEM、 PICDEM.net、 PICkit、 PICtail、 REAL ICE、rfLAB、 Select Mode、 SQI、 Serial Quad I/O、 Total Endurance、 TSHARC、 UniWinDriver、 WiperLock、 ZENA和 Z-Scale 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国

家或地区的商标。

SQTP 是 Microchip Technology Inc. 在美国的服务标记。

GestIC 和 ULPP 为 Microchip Technology Inc. 的子公司

Microchip Technology Germany II GmbH & Co. & KG 在除美

国外的国家或地区的注册商标。

在此提及的所有其他商标均为各持有公司所有。

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ISBN:978-1-62076-991-1

DS01426A_CN 第 11 页

Microchip 位于美国亚利桑那州 Chandler 和 Tempe 与位于俄勒冈州Gresham 的全球总部、设计和晶圆生产厂及位于美国加利福尼亚州和印度的设计中心均通过了 ISO/TS-16949:2009 认证。 Microchip 的PIC® MCU 与 dsPIC® DSC、KEELOQ® 跳码器件、串行 EEPROM、单片机外设、非易失性存储器和模拟产品严格遵守公司的质量体系流程。此外, Microchip 在开发系统的设计和生产方面的质量体系也已通过了ISO 9001:2000 认证。

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