如何计算远程天线电流检测放大器和开关的工作窗口

本应用笔记可帮助设计人员选择正确的外部元件，以确保汽车天线检测电路满足性能目标。计算器详细说明了如何指定MAX16913/MAX16913A远端天线检流放大器和开关的关键外部元件。该计算器还确定器件的工作窗口和模拟输出电压精度。给出了一个计算示例。

介绍

MAX16913/MAX16913A（图1）为精密电流检测放大器（CSA）和开关，为汽车应用中的远端无线电天线提供幻象电源。此外，它们还提供短路保护、限流保护和负载开路检测。为了确保天线检测电路满足性能目标，设计工程师必须为设计选择正确的外部元件。

在天线应用中使用 CSA 和开关时，设计人员通常必须确定开路负载、正常工作、短路和电流限制的工作窗口（图 2）。此外，还必须验证CSA模拟输出电压的精度。

图1.MAX16913A远端天线CSA和开关的典型工作电路。

图2.这些 CSA 的操作范围。

本应用笔记提供了一个计算器，展示了如何确定适当的检测电阻和用于设置负载开路阈值（检测范围）容差的电阻分压器。考虑外部元件和MAX16913/MAX16913A的容差，然后计算适当的容差窗口范围以获得最佳性能。计算器可在此处获得，下面是一个示例计算。

计算所需的检测电阻

理想情况下，最大工作电流在检流电阻两端产生满量程检测电压，R森斯（图1）。计算 R 的最大值森斯使IN和SENS两端的差分电压不超过最小满量程检测电压（87mV）*：

其中 VDIFF（最小值） = VIN - VSENSE = 87mV （最小值） 在最大保证输出电流下，ILOAD（满量程）（图 2）。
 

但是，电阻器始终具有容差，因此实际电阻值可能因其容差额定值而更高，从而导致器件过早检测到短路。在考虑电阻器的额定容差后，可以计算出标称最大电阻值：

其中 R感应（最大）是上面计算的最大检测电阻，R感测容差是电阻器的公差额定值。请记住，计算出的检测电阻的确切值可能不可用。如果是这种情况，请为 R 选择最接近的较小值感（最大）（标称）并使用它来计算RSENS_P（标称）.或者，可以使用标准电阻的串联或并联组合来获得最佳检测电阻。

计算短路电流检测窗口

已选择标称检测电阻。现在，当检测到短路时，通过检测电阻的典型电流可以计算如下：

其中 VSC（典型值）是短路电压阈值（100mV）*和R的典型值SENS_P（标称）是上面选择的检测电阻。

但是，由于VSC和RSEN具有不相关的公差（即，最小值和最大值彼此独立变化），因此必须考虑额外的误差。因此，最坏情况下的短路电流检测窗口为：

和

其中 VSC（分钟）是短路电压阈值（87mV）*和V的最小值SC（最大）是最大值 （110mV）。 因此：

 

RSENS_P（最大）	= RSENS_P(NOM)+ 其公差等级 + RSENS_P(MIN)
	=RSENS_P(NOM)- 其公差等级

 

因此，当电流在I之间时，短路标志（/SC）将变为低电平SC（分钟）和我SC（最大）.

计算限流范围

与短路电流检测窗口类似，限流范围通常为：

其中VLIM（TYP）是IN和SENS （200mV）之间的限流阈值电压的典型值，*RSENS_P（NOM）是所选的检测电阻。
考虑到VLIM和RSENS具有不相关的容差，可以计算出通过检测电阻的最差情况限流范围：

和

其中 VLIM（MIN） 是 IN 和 SENS 之间的电压最小值 （173mV），* VLIM（MAX） 是最大值 （225mV）。
 

计算开路负载检测窗口

MAX16913和MAX16913A的处理步骤不同。

For the MAX16913

MAX16913的负载开路检测门限（/OL）在内部设置为V奥利特= 0.66V.* 使用1Ω电阻的相关电流范围在数据手册中规定为10mA （最小值）、20mA （典型值）和30mA （最大值）。这些值包括负载开路比较器、增益放大器和外部检测电阻（1Ω）的容差。

要使用不同的检测电阻确定负载开路检测窗口，首先必须将给定的电流电平转换为电压：

然后使用上述计算的值，开路电流检测阈值的典型值计算为：

其中 VOLT（典型值）是上面计算的开路负载检测阈值电压的典型值，RSENS_P（标称）是所选的检测电阻。

同时考虑负载开路电流阈值的容差和检测电阻的容差，负载开路检测的电流范围计算公式为：

和

其中 VOLT（分钟）和 VOLT（最大）是负载开路检测阈值电压的最小值和最大值;RSENS_P（分钟）和 RSENS_P（最大）是上面计算的检测电阻的最小值和最大值。

最坏情况下的开路负载检测窗口介于 IOL（分钟）和我OL（最大）.

For the MAX16913A

MAX16913A的开路负载门限可通过电阻分压器在REF、OLT和GND之间调节。因此，首要任务是指定外部电阻分压器。

指定外部电阻分压器
首先，使用以下公式选择OLT引脚上所需的电压，以设置所需的标称OL阈值（在OLT引脚处，图1）：

VOLT(V) = IOLT(A) × RSENS(Ω) × AV(V/V) + 0.133 × VREF

其中 AV 是 （VIN - VSENS） 与 VAOUT 增益 （13V/V），VREF 是 REF 引脚电压 （3V）。 OLT 引脚上的外部电阻之比可以使用以下公式计算：

R2/R1 = VOLT/(VREF × (1 - VOLT/VREF))

其中 VREF 是 REF 引脚上的电压 （3V）。现在可以为R1或R2选择任意标准值，然后计算另一个电阻值（图1）。但是，请确保电阻分压器的阻抗不会过度加载内部基准电压。
 

确定开路负载阈值-电压范围
R1和R2的标准电阻值现已定义。接下来，考虑V的不相关公差裁判以及电阻R1和R2，即负载开路引脚的最差情况电压范围VOLTw，可以计算：

和

其中 R2（分钟）是 R 的标称值2减去其容差值。这可以重述为 R2（分钟）= R2- （R2× （R2托尔[%]/100%）） 和 R1（最大）是 R 的标称值1加上公差。

确定最坏情况，负载开路电流检测窗口
此时已经计算了VOLTw（MIN）和VOLTw（MAX）。现在，考虑到REF输出电压VREF、检测电阻RSENS_P（NOM）和增益AV的容差，可以计算检测到开路负载时的最坏情况电流窗口（/OL）：

和

其中 VOLTw（MIN）、VOLTw（MAX）、RSENS_P（MIN） 和 RSENS_P（MAX） 已在上面计算;AV 是 （VIN - VSENS） 到 VAOUT 的增益，其最小值和最大值分别为 12.87 和 13.13*;VREF（MIN） 和 VREF（MAX） 是 REF 引脚电压（2.7V 和 3.3V）的最小值和最大值。
 

评估通过 R 的电流森斯通过测量 A 上的电压外

一个外准确性

使用给定的检测电阻RSENS和通过该电阻的定义电流ISENS，现在可以计算出在电流检测放大器输出端AOUT（例如微控制器的模数转换器（ADC））上测量的最差电压值范围。还要考虑AOUT_Z和检测电阻RSENS的不相关容差。因此：

VAOUT(MIN)(V) = AOUT_Z(MIN)(V) + AV(MIN)(V/V) × RSENS(MIN)(Ω) × ISENS(A)

和

VAOUT(MAX)(V) = AOUT_Z(MAX)(V) + AV(MAX)(V/V) × RSENS(MAX)(Ω) × ISENS(A)

其中 AV（MIN） 为 12.87V，AV（MAX） 为 13.13V;*，AOUT_Z（MIN） 和 AOUT_Z（MAX） 是 AOUT 零电流输出电压 （340mV）* （460mV） 的最小值和最大值;* RSENS（MIN） 和 RSENS（MAX） 是检测电阻加上/减去其容差。
换句话说，检测电流在VAOUT（MIN）和VAOUT（MAX）之间产生最坏情况下的AOOUT电压变化。

采用上述最坏情况的电压电平，并使用微控制器的软件将这些电压计算回电流，可以计算出：

和

凡是上面计算的VAOUT（MIN）和VAOUT（MAX）;AV是（VIN - VSENS）到VAOUT增益（13V/V）;* AOUT_Z（TYP）是AOOUT零电流输出电压（400mV）的典型值;*RSENS是检测电阻的标称值。
 

因此，当使用模拟输出电压测量通过检测电阻的一定电流时，微控制器的ADC给出的电流值介于I评估（分钟）和我已评估（最大）.

电流测量公差，I托尔是：

示例计算

对于这些示例计算，我们假设天线幻像供电应用，其中正常工作窗口的上限（I负载（满量程）） 为 100mA。那么所需的检测电阻的最大值为：

当使用容差为1%的电阻时，可以选择的最大检测电阻为：

由于0.861Ω电阻不能作为标准值，因此我们从E96系列中选择下一个较小的电阻值作为R森-P（标称）= 0.845Ω.我们将此值用于后续计算。

接下来，可以计算短路检测的典型电流值：

如前所述，短路电流检测窗口的最小值和最大值介于ISC（分钟）和我SC（最大）.为了计算这些值，我们首先需要所选检测电阻的最小值和最大值。

这使我们能够推导出短路电流检测窗口的极限：

和

与短路电流检测窗口类似，限流范围的典型值为：

考虑到容差，限流范围的最小值和最大值介于I林（分钟）和我林（最大）:

和

MAX16913的典型负载开路检测门限为：

包括公差在内，最小值和最大值为：

和

现在转到MAX16913A，假设负载开路检测窗口的最大电流值为30mA。因此，电阻分压器中心点的最大电压值为：

接下来，我们从E96系列中为R2选择一个标准电阻，90.9kΩ（1%），并计算其最大值：

分压器上部电阻的最小电阻值为：

假设公差也为 1%，标称值为：

在相同容差下选择的最接近的较高标准值是R1 = 392kΩ。还考虑其公差，我们计算：

R2 的最小值为：

继续使用这些值，开路负载阈值电压范围为：

和

MAX16913A负载开路检测的最坏情况电流窗口为：

和

为了评估模拟输出，A外，我们假设上面选择的检测电阻相同（0.845Ω），并评估负载电流为100mA时的精度。在此电流下，最小值和最大值 A外电压介于：

VAOUT(MIN)(V) = AOUT_Z(MIN)(V) + AV(MIN)(V/V) × RSENS(MIN)(Ω) × ISENS(A) = 340mV + 12.87(V/V) × 0.837Ω × 100mA = 1.417V

和

VAOUT(MAX)(V) = AOUT_Z(MAX)(V) + AV(MAX)(V/V) × RSENS(MAX)(Ω) × ISENS(A) = 460mV + 13.13(V/V) × 0.853Ω × 100mA = 1.58V

取这些电压并按照微控制器软件的方式计算回来（即，从数据手

册中获取典型值），我们得出以下几点之间的评估电流：

和

测量电流的最差情况容差可达：