GP9303/GP9303M：高性能模拟到PWM转换器的技术剖析

在电子设计领域，模拟信号与数字信号的转换是一项关键技术。GP9303和GP9303M作为模拟到PWM转换器（APC），能够将0 - 5V的模拟电压线性转换为0% - 100%占空比的PWM信号，在众多应用场景中发挥着重要作用。下面我们就来详细了解一下这两款芯片。

文件下载：GP9303T-F1K-N-SW.pdf

一、芯片特性

基本转换功能

GP9303可以将0V到5V的模拟电压输入，线性转换成0% - 100%占空比的PWM信号输出。而GP9303M不仅具备这一功能，还能将PWM信号进行高频调制后输出，适用于电容隔离方案。

电气性能

• 输入输出特性：输入信号兼容0V - 5V，输出PWM信号的频率范围为1Hz到1MHz，输出PWM信号高电平为5V。
• 误差控制：最大PWM占空比误差 < 1%（可选0.5%、0.1%），PWM占空比线性度误差 < 0.5%（可选0.2%、0.1%）。
• 电源与功耗：电源电压范围为8V - 40V，功耗 < 5mA，启动时间 < 2ms。
• 工作温度：有 -40°C到85°C、 -40°C到125°C两种可选。

二、管脚定义与参数

管脚定义

Pin Name	Pin Function
VIN	输入模拟电压信号
VCC	电源
GND	地
V5V	内部LDO（须外接22uF电容），5V输出
NC	浮空
PWM	PWM占空比信号输出
PWMB	信号PWM的互补信号

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”中列出的参数值可能会造成永久性损坏设备，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下可能影响设备可靠性或功能。

三、器件功能

GP9303

它是一款高性能APC芯片，输出PWM信号的频率可以在1Hz到1MHz中选择。输入电压范围为0V至5V，PWM信号的占空比为0%至100%，计算公式为DPWM = VIN / 5V。PWMB与PWM是一对互补信号，互为取反关系。

GP9303M

在GP9303的基础上，将PWM信号进行高频调制，其高电平期间被调制成75%占空比的周期信号，低电平期间被调制成25%占空比的周期信号，这种调制方式可用于电容隔离和变压器隔离。

四、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（注1）	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（注2）	0		100	%
Jpwm	PWM信号的抖动（注3）	0.1	0.2		%p - p
FBW	响应带宽			1K	Hz

注：

1. PWM信号频率可在1Hz至1MHz范围内调整，默认值为1KHz。
2. PWM占空比定义为平均占空比，由于周期抖动，每个周期的占空比不完全相同。
3. 抖动是周期的峰 - 峰偏差与周期平均值的比值，PWM抖动在频率为1KHz处测量。

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		8	12	40	V
ICC	电源功耗	VCC @ 15.0V	2	5		mA
VIN	输入电压		0		5	V
IIL	输入漏电流	VIN = VCC or VSS			3	μA
ILO	输出漏电流	VIN = VCC or VSS			3	μA
VOL	输出低电平	VCC @ 15.0V, IOL = 10 mA			0.4	V
VOH	输出高电平	VCC @ 15.0V, IOL = 10 mA			VCC - 0.4	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

需要注意的是，V5V上外挂负载后可能会轻微影响芯片精度。

五、应用与方案介绍

GP9303典型电路及注意事项

由于GP9303的0 - 5V输入常作为系统接口，接口外环境复杂，所以输入端需做三级保护：TVS防输入静电与浪涌、RC抗噪声干扰，适当过滤输入高频噪声。输出端的电阻可防止信号反灌，有一定抗干扰功能。

电压隔离转PWM电路

电容隔离

GP9303M将模拟信号0 - 5V转换成高频调制的PWM信号，经过电容隔离传输后，GP6200将信号还原成PWM输出。此方案PWM信号传输无失真，确保批量一致性。GP6300提供频率驱动信号输出，通过变压器产生反激电源给GP9303M供电，省去额外隔离电源。电气隔离性能取决于电容，电容容量通常选择10pF - 1nF。

变压器隔离

原理与电容隔离类似，GP9303M将模拟信号转换后经变压器隔离传输，GP6200还原信号。电气隔离性能取决于变压器，可做到非常高的隔离电压。

其他隔离方案

• 0 - 5V转0 - 5V隔离方案 - 光耦隔离：利用APC芯片GP9303将模拟信号转换成PWM，PWM信号通过光耦隔离，隔离后的PWM信号送给PAC芯片后还原成电压。
• 4 - 20mA转4 - 20mA隔离方案 - 光耦隔离：利用APC芯片GP9303将模拟信号4 - 20mA转换成PWM，PWM信号通过光耦隔离，隔离后的PWM信号送给PAC芯片GP8102后还原成电流输出。
• 0 - 5V转0 - 5V隔离方案 - 电容隔离：GP9303M将0 - 5V信号转换成高频调制的PWM信号，经过电容隔离传输后，GP8101M将信号还原成0 - 5V输出。电气隔离性能取决于电容，电容越大抗干扰能力越强。
• 0 - 5V转0 - 5V隔离方案 - 变压器隔离：GP9303M将0 - 5V信号转换成高频调制的PWM信号，经过变压器隔离传输后，GP8101M将信号还原成0 - 5V输出。电气隔离性能取决于变压器。

六、订购须知

GP9303(GP9303M)的订购码格式为：GP 9 3 03 (M) - X - X - X X ，其中包含产品种类、温度范围、供电电压、系列号、PWM频率、末端处理等信息。末端处理有N、LH、CH三种类型，不同类型有不同的占空比处理方式。大家在订购时可以根据实际需求选择不同的频率和末端处理类型。

七、封装信息

芯片采用SOP8封装，其尺寸有相应的规范要求，具体如下：	符号	最小值	正常值	最大值
A1	0.10	0.25
A	1.35		1.75
b	0.31		0.51
C	0.17		0.25
D	4.80		5.05
E1	3.81		3.99
E	5.79		6.20
e	1.27 BSC
L	0.40	1.27
Ø	0°		8°

需要注意的是，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。

总之，GP9303和GP9303M在模拟信号到PWM信号的转换方面表现出色，具有多种优势和丰富的应用方案。大家在实际设计中，需要根据具体需求合理选择和使用这两款芯片。你在使用这两款芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。