Onsemi NCP45496：28V双通道电源监测器的技术剖析与应用指南

在电子设备的电源管理领域，精确监测电源的电压、电流和功率是确保设备稳定运行的关键。Onsemi推出的NCP45496双通道电源监测器，为工程师们提供了一种高性能、集成化的解决方案。本文将深入剖析NCP45496的技术特点、工作原理、应用场景以及设计要点，帮助工程师们更好地理解和应用这款产品。

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一、产品概述

NCP45496是一款高性能的单芯片集成电路，能够同时监测两个高压电源的功率。它通过测量每个总线上的电压和电流，并将其转换为功率信号，以电流形式输出。多个总线的功率可以通过连接功率电流信号（IPWRx）进行求和。此外，该芯片还具备内部ADC，可对每个通道的功率信号进行采样，并通过SVID总线提供数字化的功率测量值。同时，它还提供了一个低延迟的开漏ALARM信号，用于在总线功率超过可编程阈值时发出警报。

二、产品特性

2.1 双通道功率监测

NCP45496可以同时监测两个电源的功率，每个通道的功率以缩放后的输出电流表示。这种设计使得工程师可以在一个芯片上实现对多个电源的监测，提高了系统的集成度和可靠性。

2.2 功率求和功能

多个设备的电流输出可以连接在一起，以获得总功率。这一特性在需要监测多个电源总功率的应用中非常有用，例如服务器和数据中心的电源管理。

2.3 低延迟警报功能

芯片提供了低延迟的ALARM信号，可根据每个通道的可编程阈值来判断是否发出警报。当总线功率超过设定的阈值时，ALARM信号将被拉低，及时通知系统进行相应的处理。

2.4 数字化功率测量

通过内部ADC对功率信号进行采样，并通过SVID总线提供数字化的功率测量值。这使得系统可以方便地获取和处理功率数据，实现更精确的电源管理。

2.5 符合RoHS/REACH标准

NCP45496符合RoHS/REACH标准，确保了产品的环保性和合规性。

三、引脚说明

引脚编号	引脚名称	I/O类型	描述
1, 18	VSENSEx_N	AI	感测电阻低侧电压，高压
2, 19	VSENSEx_P	AI	感测电阻高侧电压，高压
3, 20	VBUSx	AI	总线电压输入，高压
4, 5	RREFx	AIO	用于生成IPWRx的参考电阻
6, 7	IPWRx	AO	与测量功率成比例的缩放电流输出
8, 9	ADDR_x	DI	SVID地址选择
10	ALARM	DO	低延迟警报信号
11	ALERT#	DO	SVID接口信号
12	VCLK	DI	SVID接口信号
13	VDIO	DIO	SVID接口信号
14	GND	GND	设备接地
15	VCC	PWR	设备电源
16, 17	KSETx	DI	功率信号增益选择

四、电气特性

4.1 绝对最大额定值

在使用NCP45496时，需要注意其绝对最大额定值，以避免损坏设备。例如，电源电压范围为 -0.3V 至 6V，总线输入电压范围为 -0.3V 至 30V 等。具体的绝对最大额定值请参考数据手册中的表格。

4.2 推荐工作范围

为了确保设备的正常运行和可靠性，建议在推荐的工作范围内使用NCP45496。例如，电源电压范围为 2.97V 至 5.5V，总线电压输入范围为 2.97V 至 28V 等。超出推荐工作范围可能会影响设备的性能和寿命。

4.3 电气参数

NCP45496的电气参数包括电流测量带宽、ALARM信号延迟、测量精度等。这些参数对于评估设备的性能和满足应用需求非常重要。例如，电流测量带宽为 200kHz，ALARM信号延迟在特定条件下为 50 - 100μs 等。

五、应用信息

5.1 功率缩放电流输出

内部电流源根据以下公式为每个IPWRx引脚提供与相应总线上测量功率成比例的电流： [PWRx =frac{K × R{SENSEx } × I{SENSEx } × V{BUSx }}{R{REFx }}] 需要注意的是，当输出电流 IPWRx 大于 1mA 时，输出电流的精度无法保证。两个电流输出引脚可以连接在一起以生成总功率电流，通过将功率电流施加在电阻上可以生成与测量功率成比例的电压。

5.2 数字化功率输出

内部ADC对内部生成的电压进行采样，该电压遵循以下公式： [V{PWRx }=K × R{SENSEx } × I{SENSEx } × V{BUSx }] 其中，K 是增益常数，每个通道可以独立设置。ADC的满量程输入在数据手册的表格中定义，RSENSEx 和 K 的选择应确保给定通道上的最大预期功率使 VPWRx 小于或等于 VFS。

5.3 可调分流放大器增益

电流分流放大器的增益（K）可以调整，以适应不同范围的预期总线功率。增益可以通过设置相应的 PIN_GAIN_CHx 寄存器为 0x3 或 0xF 分别设置为 2 或 8。如果 PIN_GAIN_CHx 寄存器的值为 0，则通道的增益将根据 KSETx 引脚的连接来定义。

5.4 低延迟警报

ALARM信号用于在任一总线上的测量功率大于给定阈值时发出信号。每个通道的阈值和迟滞可以单独编程。通过设置 PIN_ALARM_TH_CHx 寄存器可以调整相应通道的ALARM阈值，通过设置 PIN_ALARM_CFG_CHx 寄存器的最低两位可以配置相应通道的ALARM迟滞。

5.5 测量总功率

由于 IPWR1 和 IPWR2 是缩放电流输出，它们可以连接在一起以产生两个信号的总和。如果两个电流信号的增益相同，则两个信号的总和将与两个通道上测量的总功率成比例。多个 NCP45496 设备的 IPWRx 信号也可以连接在一起。

5.6 低通滤波器

为了实现数据手册中列出的 IPWR 电流精度，需要一个外部低通 RC 滤波器，其截止频率最大为 500kHz。如果多个 IPWR 信号连接在一起，只需要一个滤波器。可以使用以下公式确定产生 500kHz 低通滤波器的电容值： [500 kHz=frac{1}{2 × pi × RC}]

5.7 未使用通道

如果不需要一个通道，可以使用通道 1，并对未使用的通道 2 进行如下连接：将 VBUS2、VSENSE2_P 和 VSENSE2_N 连接到 GND，将 RREF2 和 IPWR2 浮空。

5.8 上电过程

NCP45496 没有上电时序要求。当 VCC 上升时，上电复位电路将确保每个通道的 ALERT# 和 ALARM 阈值设置为默认值。当 VCC 上升到 2.8V 以上并经过上电时间后，IPWRx 输出上驱动的电流将与总线上测量的功率成比例。上电时间后经过一个功率测量更新周期，数字化功率测量值将通过 SVID 可用。

5.9 SVID 接口

NCP45496 采用了 Intel Document 456098 Revision 1.93 和 DG PSYS Device Protocol Document TBD 中描述的 SVID 接口。NCP45496 实现了 SVID 文档中定义的寄存器功能。通过将 ADDR_x 引脚连接到 VCC 或 GND 可以配置 NCP45496 响应的地址。

六、布局考虑

在电路板布局中，需要特别注意敏感信号，包括通道输入（VSENSEx_P、VSENSEx_N 和 VBUSx）和缩放电流输出信号（IPWRx）。VSENSEx_P 和 VSENSEx_N 信号需要直接与感测电阻的引脚进行开尔文连接，以避免寄生走线电阻影响分流电流测量。同时，应注意将 IPWRx 线路与动态变化的信号（如时钟和电源）隔离，如果 IPWRx 必须穿过动态变化的信号，最好以直角交叉，并在信号之间使用尽可能多的电路板层。建议将所需的 RC 滤波器尽可能靠近信号测量点放置。

七、总结

Onsemi 的 NCP45496 双通道电源监测器为工程师提供了一种强大而灵活的电源监测解决方案。其丰富的功能和特性使得它适用于各种电源管理和控制应用，如计算机、服务器、数据中心和电池充电器等。在使用 NCP45496 时，工程师需要仔细考虑其电气特性、应用信息和布局要求，以确保系统的性能和可靠性。希望本文对工程师们理解和应用 NCP45496 有所帮助，你在实际应用中遇到过哪些关于电源监测的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。