引言

MAX16946 是一款帶有高精度檢流放大器(CSA)的高壓穩壓器，設計提供汽車遠端無線電天線的隱含電源。器件提供短路保護、限流保護和負載開路檢測。限流保護和負載開路保護的電流門限可由外部電阻設置。為確保天線檢測電路滿足目標要求，工程師必須正確選擇外部元件。

圖 1 所示為 MAX16946 的典型應用，主要外部元件及其功能如下：

RSENSE 為電阻，通過該電阻檢測負載電流，CSA 測量并放大該電阻上的電壓。因此，檢流電阻對于確定總體系統精度非常重要。

R5 和 R6 設置穩壓器輸出電壓。

COMP 的外部電容確保穩壓器在任何工作條件下的穩定性。

R1 和 R2 設置故障條件期間的電流門限，如果電流維持在電流門限的時間達到屏蔽時間 100ms (最小)，則關斷輸出，觸發 /SC 輸出低電平，1100ms 后重試。

R3 和 R4 設置負載開路檢測門限，負載電流低于該門限時，觸發 /OL 輸出低電平。

當輸出關閉，LOUT 試圖保持電流時，肖特基二極管 DOUT 為 MAX16946 OUT 引腳提供瞬態負壓保護。如果沒有該二極管，OUT 可能在其絕對最大電壓以下 -0.3V 處，而這是不允許的。

圖 1. MAX16946 遠端天線 CSA 和開關的典型工作電路

將 CSA 和開關用于天線時，設計者通常必須確定工作負載、正常工作條件、短路及限流的范圍(圖 2)。此外，必須驗證 CSA 模擬輸出電壓的精度。

圖 2. 檢流放大器的工作范圍

利用 MAX16946 計算器確定正確的檢流電阻及電阻分壓器，這些電阻值用于設置限流和負載開路門限。計算器考慮了外部元件和 MAX16946 的容限。通過計算每個設計參數的容限范圍，設計人員可確保設計參數在系統指標規定的范圍內。

計算檢流電阻

理想情況下，最大負載電流在檢流電阻 RSENSE 上產生滿幅檢測電壓(圖 1)。上限由短路電流門限 1.7V 表示，相當于 AOUT。應用中的最大負載電流不應超過短路電流門限，否則會錯誤地指示短路條件。使用下式計算 RSENSE 初值：

 (式 1)

式中，1.7V 為短路電流門限，0.4V 為 AOUT 的零電流偏壓，26V/V 為檢流放大器增益，ISC 為短路電流門限。

由于檢流電阻具有一定容限，標稱值將低于式 1 計算的數值。按下式計算容限：

   (式 2)

式中，RSENSE 為式 1 計算的檢流電阻值，RSENSE-TOLERANCE 為檢流電阻的容限。

通常為 RSENSE(NOM)選擇最接近下限的標準電阻?；蛘?，使用串聯或并聯電阻構成檢流電阻的最優值。

計算短路電流檢測范圍

選擇檢流電阻的標稱值后，接下來需要確定通過檢流電阻的典型電流。該電流允許檢測短路條件，計算如下：

   (式 3)

式中，RSENSE(NOM)為上面選擇的檢流電阻。

然而，由于短路電流門限(1.7V)、CSA 增益(26V/V)和 AOUT 零電流偏壓(0.4V)的容限互不相關(即彼此的最小和最大值獨立變化)，所以 ISC 將在特定范圍內變化。該范圍限制在：

  (式 4)

及

   (式 5)

式中，RSENSE(MAX)為檢流電阻的最大值(包括其容限)，RSENSE(MIN)為標稱值。所以，電流介于 ISC(MIN)和 ISC(MAX)之間時，將觸發短路標識(/SC)報警。

設置輸出電壓

圖 1 中的電阻 R5 和 R6 設置 MAX16946 的輸出電壓。決定這些電阻值的公式為：

  (式 6)

式中，VFB 為穩壓范圍內的反饋引腳電壓(標稱值為 1V)。所以，輸出電壓的最小值和最大值為：

  (式 7)

及

 (式 8)

式中，VFB(MIN)為 0.97V，VFB(MAX)為 1.03V (電流范圍為 5mA 至 150mA)。R5(MAX)、R5(MIN)、R6(MAX)和 R6(MIN)分別為 R5 和 R6 的最大和最小值。

注意，將 FB 引腳連接至 REG 時，輸出電壓設置為 8.5V。這種模式下，由于無需考慮外部電阻的容限，輸出電壓精度最高。

設置限流范圍

AOUT 電壓達到 LIM 引腳電壓(由 REF、LIM 和 GND 之間的電阻分壓器設置)時，MAX16946 將限制其輸出電流。標稱 REF 電壓為 3V，按照下式計算：

  (式 9)

式中，ILIM 為預期限流門限，為 R1 選擇標準值 100kΩ。R2 計算如下：

 (式 10)

考慮到不相關容限，最差情況下的限流范圍為：

 (式 11)

及

  (式 12)

式中，R1(MAX)、R1(MIN)、R2(MAX)和 2(MIN)分別為 R1 和 R2 的最大值和最小值。

設置負載開路檢測門限

MAX16946 的負載開路門限可利用 REF、OLT 和 GND 之間的電阻分壓器設置，計算公式如下：

 (式 13)

式中，IOL 為預期的負載開路門限，R3 選擇標準值 100kΩ，R4 計算如下：

(式 14)

確定 R3 和 R4 后，可利用下式計算負載開路檢流門限的范圍：

  (式 15)

及

(式 16)

式中，R3(MAX)、R3(MIN)、R4(MAX)和 R4(MIN)分別為 R3 和 R4 的最大值和最小值。

利用 AOUT 電壓測量輸出電流

已知檢流電阻 RSENSE 和負載電流 ILOAD，即可計算 CSA 輸出 AOUT 測得的電壓范圍(最差條件下)。AOUT 電壓的一般表達式為：

  (式 17)

如果考慮全部元件的不相關容限，AOUT 電壓將介于以下公式之間：

  (式 18)

及

(式 19)

也就是說，檢測電流對應的 AOUT 電壓波動介于 VAOUT(MIN)和 VAOUT(MAX)之間。
正常情況下，利用微控制器的 ADC 測量 AOUT 電壓，然后根據所有參數的標稱值計算負載電流。采用以上計算的最差情況 AOUT 電壓，微控制器計算的電流在以下兩個數值范圍內：

 (式 20)

及

  (式 21)

ADC 測量電流的容限 ITOL 為：

  (式 22)

計算示例

下例中，我們以天線隱含電源應用為例，正常工作范圍的上限設置為 100mA，天線需要 5V 穩壓電源。如果我們將短路門限設置為高出 10%，為 110mA，那么檢流電阻的初始值為：

  (式 23)

采用容限為 1%的電阻，檢流電阻的最大標稱值為：

  (式 24)

如果選擇次低的 E12 系列值 0.39Ω，則可計算利用該電阻進行短路檢測的典型值：

 (式 25)

短路門限

可利用最小和最大檢流電阻(0.386Ω和 0.394Ω，假設使用 1%容限型)確定短路檢測門限的最小和最大值：

  (式 26)

及

 (式 27)

輸出電壓

根據下式，通過選擇電阻 R6 (首先選擇 R5 的值為 22kΩ)，將輸出電壓設置為 5V：

(式 28)

如果選擇最接近的 E12 系列電阻 5600Ω，標稱輸出電壓將為 4.93V，輸出波動范圍為：

 (式 29)

及

 (式 30)

限流

接下來，我們可以選擇設置輸出限流電阻。假設限流值大約為 200mA，R1 采用 100kΩ電阻：

(式 31)

選擇最接近的 E12 標準值 390kΩ，實際限流值則為 0.196A?？紤]所有元件容限，并假設采用 1%精度電阻，限流范圍的最小和最大值為：

 (式 32)

及

 (式 33)

負載開路檢測門限

為將負載開路檢測電流的標稱值設置為 10mA，利用下式選擇 R4 (選擇 R3 的值為 100kΩ)：

 (式 34)

為 R4 選擇標準電阻 20kΩ，計算負載開路門限的最小和最大值：

(式 35)

及

(式 36)

AOUT 精度

為評估模擬輸出(AOUT)精度，我們假設選擇與以上相同的檢流電阻(0.39Ω)，評估負載電流為 100mA 時的精度。此時，AOUT 電壓的最小和最大值為：

(式 37)

及

(式 38)

帶入這些電壓，利用微控制器軟件將電壓換算為電流(即使用數據資料中的典型值)，評估電流范圍介于：

(式 39)

及

 (式 40)

因此，微控制器測量值的誤差范圍在 100mA 時，為±6.7%。計算該范圍時未考慮 ADC 測量的其它誤差，例如：基準誤差、量化誤差等。