Texas Instruments AMC131M03/AMC131M03-Q1 24位隔离式Δ-Σ模数转换器 (ADC) 是一款精密三通道数据电源隔离式24位Δ-Σ模数转换器。AMC131M03AMC131M03/AMC131M03-Q1具有针对电能测量的宽动态范围和低功耗特性，适用于电力计量和电表应用。该器件的输入阻抗高，因此其ADC输入可直接连接分流电流传感器或电阻分压器网络。

数据手册：*附件：AMC131M03-Q1 数据表.pdf

AMC131M03AMC131M03/AMC131M03-Q1具有支持从器件低侧单电源运行的全集成隔离式直流-直流转换器。增强型电容隔离栅通过了UL1577和VDE 0884-17认证。该隔离栅将系统各部分隔开，保护低压部分免受损坏。它工作在不同共模电压水平上，使AMC131M03AMC131M03/AMC131M03-Q1非常适合用于采用分流电流传感器的多相电表应用。Texas Instruments AMC131M03-Q1器件符合汽车应用类AEC-Q100认证。

特性

• 三个具有差分或单端输入的隔离式同步采样ΔΣ ADC
• 带集成直流-直流转换器，支持单电源运行（3.3V或5V）
• 低EMI，符合CISPR-11和CISPR-25标准
• 可编程数据速率高达64kSPS
• 可编程增益高达128
• 低漂移内部电压参考
• 内部温度传感器
• 4线SPI接口带循环冗余校验 (CRC)
• 安全相关认证
  • 7070VPEAK 增强隔离符合DIN EN IEC 60747-17（VDE 0884-17）
  • 5000VRMS 隔离1分钟，符合UL1577
• 20引脚宽体SOIC封装
• 工作温度范围：-40°C至+125°C

功能框图

AMC131M03-Q1汽车级隔离式ΔΣ ADC技术解析与应用指南

一、产品概述与技术亮点

AMC131M03-Q1是德州仪器(TI)推出的汽车级三通道隔离式ΔΣ模数转换器，集成了64kSPS同步采样、24位精度和DC/DC隔离电源，专为严苛的汽车电子环境设计。该器件通过AEC-Q100 Grade 1认证(-40°C至+125°C)，具备7070-VPEAK增强隔离等级(DIN EN IEC 60747-17)和5000-VRMS/1分钟隔离能力(UL1577)。

‌核心技术创新点‌：

• ‌三通道同步采样架构‌：实现精确的相位对齐测量，适合多参数监控场景
• ‌集成隔离DC/DC转换器‌：单3.3V/5V供电简化系统设计，内置LDO和负电荷泵支持±1.3V输入范围
• ‌ 可编程增益放大器(PGA) ‌：提供1-128倍增益(二进制步进)，输入阻抗最高达1MΩ
• ‌双功率模式‌：高分辨率模式(19.5mA)和低功耗模式(16mA)灵活切换
• ‌EMI优化设计‌：满足CISPR-11和CISPR-25标准，内置扩频时钟技术

二、关键参数与性能特性

电气特性

• ‌分辨率‌：24位无失码
• ‌采样率‌：最高64kSPS(HR模式)/32kSPS(LP模式)
• ‌动态范围‌：98dB(增益=1时)
• ‌ 积分非线性(INL) ‌：±6ppm FSR
• ‌ 共模抑制比(CMRR) ‌：110dB(50/60Hz)
• ‌功耗‌：64mW(HR模式)/53mW(LP模式)

安全认证

• ‌VDE‌：DIN EN IEC 60747-17增强绝缘认证
• ‌UL‌：1577组件认可(文件号E181974)
• ‌AEC-Q100‌：Grade 1汽车级认证

三、系统架构与功能模块

3.1 信号链设计

器件采用差分输入结构，每个通道包含：

1. ‌输入多路复用器‌：支持模拟输入、GND短路、DC/AC测试信号选择
2. ‌可编程增益放大器‌：8级增益设置(1-128)，增益>4时自动启用输入预充电缓冲
3. ‌ΔΣ调制器‌：采用OOK调制通过SiO₂电容隔离屏障传输
4. ‌数字滤波器‌：sinc³+sinc¹组合滤波器，OSR可配置(64-16384)

3.2 隔离电源系统

创新性地集成完整隔离电源方案：

• ‌初级侧‌：3.0-5.5V输入，内置LDO稳定驱动电压
• ‌变压器‌：层压空芯设计，具有高磁场抗扰度
• ‌次级侧‌：全桥整流+LDO，输出2.6-3.2V(HLDO_OUT)
• ‌驱动能力‌：可额外提供1mA辅助电路电流

四、典型应用设计指南

4.1 电池管理系统(BMS)实现

如图9-4所示典型应用，器件可精确测量：

• ‌电池组电压‌：通过高压电阻分压器(RH/RL)
• ‌接触器压降‌：监测S1-S6开关状态
• ‌充电端口电压‌：CHARGE+/CHARGE-差分检测

‌设计要点‌：

• 电阻分压比计算：VIN/VCHARGE+_MAX = RL/(RL+RH)
• 建议总阻值(RL+RH)>1MΩ以减少漏电流
• 高压侧电阻应采用多串联结构提升可靠性

4.2 抗混叠滤波设计

推荐采用图9-1所示单阶RC滤波：

• ‌元件值‌：50Ω电阻+4.7nF电容
• ‌布局要求‌：尽可能靠近ADC输入引脚
• ‌C0G电容‌：优先选用温度稳定性好的材质

五、寄存器配置与数字接口

5.1 SPI通信规范

• ‌工作模式‌：CPOL=0, CPHA=1
• ‌帧结构‌：5字基础帧(命令+CRC+3数据字)
• ‌数据格式‌：可配置16/24/32位字长
• ‌CRC保护‌：支持CCITT和ANSI两种多项式

5.2 关键寄存器配置

1. ‌ CLOCK寄存器(03h) ‌：
   • OSR[2:0]：设置过采样率(1024=4kSPS@8.192MHz)
   • PWR[1:0]：选择功率模式(10b=高分辨率)
2. ‌ GAIN寄存器(04h) ‌：
   • PGAGAINx[2:0]：独立设置各通道增益(000b=1倍)
3. ‌CHx_CFG寄存器‌：
   • PHASEx[9:0]：-512到511个调制器时钟的相位校准
   • MUXx[1:0]：选择输入源(00b=模拟输入)

六、PCB布局与EMC设计

6.1 电源去耦方案

如图9-6所示分层去耦策略：

• ‌DVDD‌：1nF(C15)+1μF(C16)组合
• ‌DCDC_CAP‌：100nF陶瓷电容(C17)
• ‌HLDO_OUT‌：1nF(C11)+100nF(C13)阵列

6.2 辐射优化措施

• ‌铁氧体磁珠‌：DCDC_OUT与HLDO_IN间串联(F1)
• ‌地平面分割‌：高/低压侧地独立布线
• ‌时钟处理‌：源端串联电阻消除过冲

测试数据显示(图9-5)，优化设计后辐射值低于CISPR 25 Class 5限值10dB以上。

七、汽车功能安全考量

7.1 故障检测机制

• ‌SEC_FAIL标志‌：DC/DC转换器故障指示
• ‌寄存器CRC‌：覆盖02h-31h地址空间
• ‌熔丝奇偶校验‌：内置存储器完整性检查

7.2 失效模式分析

• ‌输入保护‌：集成ESD二极管(±2kV HBM)
• ‌安全限值‌：TJ=150°C时Is=309mA@5.5V
• ‌绝缘失效‌：DTI>21μm，CTI>600V