AMC130M02 隔离式 ΔΣ ADC 技术总结

该AMC130M02是一款精密、双通道、数据和电源隔离、同步采样、16位、增量σ（ΔΣ）、模数转换器（ADC）。该AMC130M02提供宽动态范围、低功耗和能量测量特定功能，专为电能计量和功率计量应用而设计。由于该器件具有高输入阻抗，ADC输入可以直接连接到电阻-分压器网络或分流电流传感器。
*附件：amc130m02.pdf

该AMC130M02具有完全集成的隔离式DC/DC转换器，允许从器件的低端进行单电源作。增强型电容隔离栅已通过 VDE 0884-17 和 UL1577 认证。该隔离栅将系统中在不同共模电压电平下运行的部件分开，并保护低压部件免受损坏，使该AMC130M02成为使用并联电流传感器的多相电能计量应用的绝佳选择。

特性

• 两个隔离式同步采样ΔΣ ADC，带差分输入
• 单电源作（3.3 V 或 5 V），集成 DC/DC 转换器
• 低 EMI：符合 CISPR-11 和 CISPR-25 标准
• 可编程数据速率高达 64 kSPS
• 可编程增益高达 128
• 低漂移内部基准电压源
• 具有循环冗余校验 （CRC） 功能的 4 线 SPI 接口
• 安全相关认证：
  • 7070V 峰值增强隔离，符合 DIN EN IEC 60747-17 （VDE 0884-17） 标准
  • 5000V RMS 隔离 1 分钟，符合 UL1577 标准
• 封装：20引脚宽体SOIC
• 工作温度范围：–40°C 至 +125°C

参数

方框图

AMC130M02 是德州仪器（Texas Instruments）推出的双通道、16 位精度隔离式 ΔΣ 模数转换器（ADC），集成隔离式 DC/DC 转换器与低漂移基准源，主打强隔离、高精度与低 EMI 特性，适配电能表、断路器、电动汽车充电站、电池管理系统等对电气隔离与测量精度要求严苛的场景。其核心优势在于通过二氧化硅（SiO₂）电容隔离屏障实现强化绝缘，结合同步采样与可编程增益功能，兼顾测量准确性与系统安全性。以下从核心特性、性能参数、功能模块、应用设计及使用信息等方面展开总结。

一、核心特性与产品定位

1. 基础参数与架构

• 分辨率与通道配置 ：16 位分辨率双通道同步采样 ADC，每通道支持差分模拟输入（AIN0P/AIN0N、AIN1P/AIN1N），集成可编程增益放大器（PGA，增益 1×-128×）与 1.2V 低漂移内部基准源，支持单电源（3.3V/5V）供电，无需额外隔离电源。
• 隔离性能 ：采用 SiO₂电容隔离屏障，符合 DIN EN IEC 60747-17（VDE 0884-17）强化绝缘标准，隔离电压达 7070Vₚₖ（峰值）、5000Vₘₛ（1 分钟耐压），隔离电阻＞10¹²Ω（25°C），屏障电容约 4.5pF，保障高低压系统隔离安全。
• 高集成度 ：内置隔离式 DC/DC 转换器（低侧供电转高侧 2.9V）、负电荷泵（支持输入电压低于地 1.3V）、数字滤波器与 CRC 校验功能，减少外部元器件数量，简化隔离系统设计。

2. 环境适应性与可靠性

• 工作温度 ：-40°C 至 125°C（结温最高 150°C），满足工业级宽温需求，适配恶劣环境下的精密测量。
• EMI 性能 ：采用扩频时钟技术，符合 CISPR-11（工业）与 CISPR-25（汽车）辐射标准，减少系统电磁干扰。
• 封装规格 ：20 引脚宽体 SOIC（DFM 封装），尺寸 12.8mm×10.3mm，引脚间距 1.27mm，适配常规 PCB 布局，无需特殊焊接工艺。

二、关键性能指标

1. 静态与动态性能（典型值，TA=25°C，DVDD=3.3V，增益 = 1×）

性能参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
积分非线性（INL）	端点拟合，全量程	-6	-	6	ppm of FSR
输入失调误差	外部短路，TA=25°C	-100	±10	330	µV
失调误差温度系数	全局斩波模式，外部短路	-0.3	±0.1	0.3	µV/°C
增益误差	通道 0（TA=25°C）	-0.2	±0.025	0.2	%FSR
共模抑制比（CMRR）	f=50/60Hz，共模电压范围内	-	110	-	dB
无杂散动态范围（SFDR）	f=50/60Hz，VIN=-0.5dBFS	-	105	-	dB
输入等效噪声	0.1Hz-10Hz，增益 = 1×	-	10	-	µVₘₛ
通道串扰	f=50/60Hz，相邻通道间	-	-120	-	dB

2. 隔离与电源性能

性能参数	测试条件	数值	单位
隔离电压（V₁ₒₜₘ）	qualification 测试，t=60s	7070	Vₚₖ
工作隔离电压（V₁ₒᵥₘ）	AC 正弦波，连续工作	1200	Vₘₛ
冲击电压（Vᵢₘₚ）	1.2/50μs 波形，空气环境	7700	Vₚₖ
DC/DC 输出电压	HLDO_OUT，无负载	2.6-2.9-3.2	V
低侧供电电流	高分辨率模式，所有通道使能	18-23	mA
待机电流	所有通道禁用，无时钟	160-210	µA

三、核心功能模块

1. 隔离系统与电源管理

• 隔离 DC/DC 转换器 ：低侧（DVDD：3.0V-5.5V）供电，通过隔离屏障转换为高侧 HLDO_IN（3.0V），经高侧 LDO 稳压后输出 2.9V（HLDO_OUT），为高侧模拟电路供电，支持外接 1mA 负载（如有源滤波器），无需额外隔离电源。
• 负电荷泵 ：集成负电荷泵电路，允许模拟输入电压低于高侧地（HGND）1.3V，实现单电源下的双极性信号测量（如电流分流器两端电压），简化信号链设计。

2. 模拟前端与信号调理

• 可编程增益放大器（PGA） ：每通道独立支持增益 1×、2×、4×、8×、16×、32×、64×、128×，通过 GAIN 寄存器配置，满量程输入电压范围随增益变化（增益 = 1× 时 ±1.2V，增益 = 128× 时 ±9.375mV），适配小信号（如分流器电压）与大信号（如电压分压）测量。
• 输入保护与阻抗 ：模拟输入内置 ESD 防护电路，单端输入阻抗 250kΩ（增益≤4×）、0.5MΩ（增益≥8×），输入偏置电流典型值 0.65μA，减少对外部信号源的负载影响。

3. ΔΣ 调制与数字滤波

• 调制器与 Oversampling ：采用 ΔΣ 调制架构，调制器时钟（f_MOD）由外部 CLKIN 分频得到（分频比 2/4/8/12 可选），过采样率（OSR）可编程（64-16384），数据率最高 64kSPS（高分辨率模式）、32kSPS（低功耗模式），平衡测量速度与噪声性能。
• 数字滤波器 ：集成 sinc³+sinc¹ 滤波器，支持快速建立模式（前两次采样用 sinc¹ 滤波器，快速输出）与正常模式（sinc³ 滤波器，低噪声），滤波器建立时间随 OSR 增加而延长（OSR=1024 时约 3120 个 CLKIN 周期），需忽略未稳定数据。

4. 同步采样与校准

• 双通道同步 ：两通道严格同步采样，支持通道间相位校准（PHASEn 寄存器，±511 个调制器时钟周期），补偿传感器相位偏差（如电流互感器与电压分压网络的相位差），保障功率测量精度。
• 校准功能 ：每通道配备 24 位偏移校准（OCAL）与增益校准（GCAL）寄存器，自动修正系统偏移与增益误差；支持全局斩波模式（GC_EN=1），通过输入极性切换减少偏移漂移，偏移误差温度系数降至 ±0.1μV/°C。

5. 数字接口与故障管理

• SPI 接口 ：4 线 SPI（CS、SCLK、DIN、DOUT），支持 16/24/32 位数据宽度，内置 CRC 校验（CCITT/ANSI 多项式），检测通信错误；DRDY 引脚指示数据就绪（低有效），SYNC/RESET 引脚支持同步或硬件复位。
• 故障监测 ：STATUS 寄存器提供高侧电源故障（SEC_FAIL）、FIFO 溢出、CRC 错误等状态标识；寄存器映射 CRC（REG_CRC_EN=1）监测配置寄存器数据损坏，保障系统可靠性。

四、应用设计要点

1. 电源与隔离设计

• 供电架构 ：低侧 DVDD 需外接 1nF（高频）+1μF（低频）去耦电容，靠近器件放置；高侧 HLDO_OUT 需外接 1nF+100nF 去耦电容，减少电源噪声。DC/DC 转换器的 DCDC_CAP 引脚需外接 100nF 低 ESR 电容，保障隔离电源稳定性。
• 隔离布局 ：PCB 设计需严格区分低侧（DVDD、DGND）与高侧（HGND、HLDO_OUT）区域，隔离屏障两侧铜箔间距≥8mm（爬电 / 电气间隙），避免跨越隔离区的信号线，减少寄生电容导致的 EMI 耦合。

2. 模拟输入设计

• 信号调理 ：模拟输入需串联 RC 抗混叠滤波器（推荐 50Ω 电阻 + 4.7nF 电容），截止频率需低于数据率的 1/2，避免高频噪声混叠；分流器测量时，HGND 需单独连接至分流器一端，避免接地环路引入误差。
• 双极性测量 ：利用负电荷泵功能，AINxN 可接 HGND，AINxP 接分流器另一端（电压可低于 HGND 1.3V），实现双极性电流测量（如正向 / 反向电流），无需额外负电源。

3. 初始化与配置

• 启动流程 ：上电后需先配置 CLK_DIV（时钟分频比）与 DCDC_FREQ（DC/DC 频率范围），再使能 DC/DC 转换器（DCDC_EN=1），待 SEC_FAIL 位清零后（高侧电源稳定），方可读取有效数据。
• 关键寄存器配置 ：
  • 增益配置：通过 GAIN 寄存器设置 PGAGAIN0/1，适配不同输入信号幅度（如分流器用 32× 增益，电压分压用 1× 增益）。
  • 过采样率：通过 CLOCK 寄存器设置 OSR，平衡噪声与速度（电能表推荐 OSR=1024，数据率 4kSPS）。
  • 校准：测量零输入时的偏移值写入 OCAL 寄存器，满量程输入时的增益误差写入 GCAL 寄存器，自动修正测量结果。