GP9301B/GP9301BM：高性能模拟转PWM转换器的深度解析

在电子设计领域，模拟信号与数字信号的转换是一个关键环节。今天我们要探讨的主角——GP9301B和GP9301BM，就是两款出色的模拟到PWM转换器，它们能将0 - 10V的模拟电压、PWM信号或100K电阻输入，线性转换成0% - 100%占空比的PWM信号。下面，我们将从特性、工作方式、应用方案等多个方面深入了解这两款芯片。

文件下载：GP9301B-F1K-D1V9-SW.pdf

芯片特性

转换功能

GP9301B能把0V到10V的模拟电压线性转换为0% - 100%占空比的PWM信号。而GP9301BM在此基础上，还会将PWM信号进行高频调制后输出，适用于电容隔离方案。

输入兼容性

输入信号兼容0 - 10V、PWM和100KΩ电位器。输入PWM信号高电平需大于2.7V，且输入信号VIN脚上内置100uA上拉电流。

输出特性

输出PWM信号的频率范围为1Hz到1MHz，高电平为5V。最大PWM占空比误差小于1%，PWM占空比线性度误差小于0.5%。

电气特性

电源电压范围是10V - 40V，功耗典型值为5mA，启动时间小于2ms，工作温度范围为 - 40°C到125°C。

管脚定义与参数

管脚定义

管脚名称	管脚功能
VIN	输入模拟电压信号、PWM信号、100K电阻
VCC	电源
GND	地
V5V	内部LDO，5V输出，需外挂一个4.7uF - 22uF电容，22uF时抗干扰能力最佳
NC	浮空
PWM	PWM占空比信号输出

绝对最大额定参数

• 工业操作温度： - 40℃到125℃
• 储存温度： - 50℃到125℃
• 输入电压： - 0.3V到VCC + 0.3V
• 最大电压：40V
• ESD保护：> 2000V

需要注意的是，超过“绝对最大额定值”可能会造成设备永久性损坏，不保证器件在超出规范条件下操作，长时间暴露于极端条件可能影响设备可靠性或功能。

芯片工作方式

基本功能

GP9301B是高性能APC芯片，输出PWM信号频率可在1Hz到1MHz中选择。输入电压0V至10V时，PWM信号占空比为0%至100%，且DPWM = VIN / 10V。内部有100uA电流源连接在VIN引脚上，连接100K电位器时，VIN电位可从0V调到10V，该上拉电流也可通过不同型号选择取消。PWMB与PWM是互补信号。

GP9301BM在GP9301B基础上，将PWM信号进行高频调制，高电平期间调制成75%占空比的周期信号，低电平期间调制成25%占空比的周期信号，适用于电容隔离和变压器隔离。

电压转PWM典型转换曲线

GP9301B的电压转PWM转换曲线有以下特点：

1. VIN从0V开始启动电压为Va，从高电压下降的关断电压为Vb。
2. VIN从Va到Vc为平台期，输出PWM稳定在Duty0。
3. VIN从Vc到9V为线性区，PWM占空比从Duty0变到99%。
4. VIN超过9V直接从99%变到100%。

不同样品的Va、Vb、Vc和Duty0实测数据有所差异。

交流与直流特性

交流特性

符号	描述	最小	默认	最大	单位
fpwm	PWM信号频率	1	1K	1M	Hz
∆fpwm	PWM信号的频率误差	- 3	0	3	%
∆Dpwm	PWM信号占空比误差	0.5	1	%
Dpwm	PWM信号的占空比	0	100	%
Jpwm	PWM信号的抖动	0.1	0.2	%p - p
FBW	响应带宽	1K	Hz

直流特性

符号	描述	测试条件	最小	典型	最大	单位
VCC	电源电压		10	12	40	V
ICC	电源功耗	VCC @ 15.0V		5		mA
VIN	输入电压		0	10		V
IIL	输入漏电流	VIN = VCC or VSS			3	μA
VOL	输出低电平	VCC @ 15.0V, IOL = 10 mA			0.8	V
VOH	输出高电平	VCC @ 15.0V, IOL = 10 mA	4.2			V
Tr	输出上升时间	VCC @ 15.0V, CLOAD = 5pF	20	40		ns
Tf	输出下降时间	VCC @ 15.0V, CLOAD = 5pF	20	40		ns
IV5V*	V5V驱动能力	VCC @ 15.0V		10		mA

*V5V上外挂负载后可能会轻微影响芯片精度。

应用与方案介绍

GP9301B典型电路及注意事项

由于0 - 10V输入常作为系统接口，需进行保护处理。输入端有TVS防输入静电与浪涌，RC抗噪声干扰；输出端电阻可防止信号反灌，有抗干扰功能。

0 - 10V/PWM/电阻三合一电机驱动方案

电机调速常通过模拟量或PWM信号调节，对于新型EC电机，需进行信号电气隔离。GP9301B将0 - 10V信号转换成PWM信号，经光耦隔离后输入到MCU进行调速。其支持0 - 10V、PWM和100K电阻三合一输入接口，优化了接口电路设计。

0 - 10V转PWM电容隔离方案

由模拟信号调制芯片GP9301BM、隔离电容和信号解调芯片GP6200组成，实现0 - 10V电压向0% - 100%占空比PWM信号的隔离转换。电气隔离由两个隔离电容实现，耐压能力可灵活设定。

0 - 10V/PWM/Resistor三合一色温调节方案

0 - 10V模拟信号输入，GP9301B输出PWM和PWMB一对互补PWM信号，分别控制两路色温的LED灯串，通过PWM占空比调整实现LED色温调节。

0 - 10V三合一调光方案

隔离式调光LED驱动电源电路，具有0 - 10V / PWM / 100K电阻三合一调光接口。GP9301B根据输入电压产生PWM，PWM和PWMB信号高电平为5V，PWMB信号通过光耦输入到DC - DC恒流芯片的调光脚DIM进行调光。

订购须知

GP9301B的订购码格式为GP 9 3 01B (X) - X - X - X X，其中包含产品种类、温度范围、供电电压、系列号、封装、末端处理和PWM频率等信息。末端处理有N、LH、CH、DV四种类型，可根据需求选择不同的频率和末端处理类型。

封装信息

芯片封装尺寸有详细的参数规定，如A1最小值为0.10mm，正常值为0.25mm等。需注意此图仅供一般参考，有关合适的尺寸、公差、基准等，请参阅JEDEC图纸MS - 012。

综上所述，GP9301B和GP9301BM在模拟信号转PWM信号方面表现出色，具有多种特性和丰富的应用方案，能满足不同电子设计的需求。各位工程师在实际应用中，可根据具体情况选择合适的型号和方案。大家在使用这两款芯片时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。