AMC131M03-Q1 汽车级隔离式 ΔΣ ADC 技术总结

AMC131M03-Q1 是一款精密三通道、隔离式、同步采样、24 位、Δ-Σ （ΔΣ） 模数转换器 （ADC）。AMC131M03-Q1 具有宽动态范围、低功耗，专为汽车应用中的隔离电压和电流测量而设计。由于器件输入阻抗高，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。

AMC131M03-Q1 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 V 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。
*附件：amc131m03-q1.pdf

特性

• 符合 AEC-Q100 标准，适用于汽车应用：
  • 温度等级 1：–40°C 至 +125°C，T A
• 三个隔离式同步采样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
• 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

参数

方框图

AMC131M03-Q1 是德州仪器（Texas Instruments）推出的汽车级三通道 24 位隔离式 ΔΣ 模数转换器（ADC） ，集成强化隔离屏障与隔离式 DC/DC 转换器，主打高分辨率、宽温适应性与低电磁干扰（EMI），专为混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（EV）的电池管理系统（BMS）、车载充电器（OBC）、DC/DC 转换器及充电站等高压场景设计。其核心优势在于通过二氧化硅（SiO₂）电容隔离实现 7070Vₚₖ强化绝缘，结合三通道同步采样与集成温度传感器，兼顾高压系统安全性与测量精度。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 ：24 位分辨率三通道同步采样 ADC，每通道支持差分模拟输入（AIN0P/AIN0N、AIN1P/AIN12N、AIN2P/AIN12N），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。
• 汽车级认证与可靠性 ：符合 AEC-Q100 Grade 1 标准（工作温度 - 40°C 至 125°C），ESD 防护达人体放电模型（HBM）±2000V、带电器件模型（CDM）±1000V，满足汽车电子严苛环境要求。
• 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，有效隔离高压与低压系统。
• 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、CRC 校验及 集成温度传感器 （支持内 / 外部 NTC/PTC 测量），减少外部元器件数量，简化高压系统设计。

2. 环境适应性与封装

• 工作温度 ：-40°C 至 125°C（结温最高 150°C），满足汽车电子宽温需求，适配发动机舱、电池包等恶劣环境。
• 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，减少对车载敏感电子设备的干扰。
• 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，适配汽车电子常规 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	通道 0/1（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（通道 0/1）	-0.3	±0.1	0.3	µV/°C
增益误差	通道 0（TA=25°C，端点拟合）	-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
动态范围（DR）	增益 = 1×	-	98	-	dB
通道串扰	相邻通道间，f=50/60Hz	-	-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）	认证测试，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	19.5-24	mA
待机电流	所有通道禁用，无时钟	160-210	µA

3. 温度传感器性能

性能参数	测试条件	典型值	单位
内部温度传感器电压	TA=25°C，增益 = 8×	80.5	mV
温度系数	TA=25°C，增益 = 8×	265	µV/°C
测量误差（未校准）	全温度范围，增益 = 8×	±5	°C
测量误差（校准后）	全温度范围，增益 = 8×	±1.5	°C

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），为高侧模拟电路与外部辅助电路（如 NTC 传感器）供电，支持外接 1mA 负载，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（如电池包分流器两端电压），避免额外负电源设计。

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

• 三通道同步 ：三通道严格同步采样，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（如电流分流器与电压分压网络的相位差），保障电池电流 / 电压同步测量精度。
• 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. 温度测量与 GPO 功能

• 集成温度传感器 ：通道 2 可配置为温度测量模式（TS_EN=1），支持内部温度（芯片温度）或外部温度（NTC/PTC 传感器）测量：
  • 内部模式：基于双二极管结构，测量范围 - 40°C 至 125°C，误差 ±5°C（未校准）/±1.5°C（校准后）。
  • 外部模式：通过 AIN2P/AIN12N 引脚连接 NTC/PTC，支持比率测量（消除高侧电源波动影响），输入阻抗 8MΩ（增益 = 1×）。
• 通用输出（GPO） ：AIN2P 引脚可复用为 GPO（GPO_EN=1），输出逻辑电平基于 HLDO_OUT（2.9V），支持推挽输出，最大负载电流 1mA，可用于控制外部继电器或指示灯。

6. 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、寄存器映射 CRC 故障等状态标识；DC/DC 转换器故障可通过 SEC_FAIL 位 latch 检测，保障高压系统安全性。