电流输入范围为+/-10A，可选电压输入范围为16V至80V，可以选择这些值之间的多个范围。电压和电流输入采用16位分辨率、可调的输出数据速率和信号带宽，包括抑制50Hz和60Hz线路噪声的模式。
 
该电路兼容Arduino尺寸平台板，支持1.8V至5V逻辑电压。与开源固件示例配对时，应用软件能够使用libiio库，通过Linux工业输入/输出(IIO)框架轻松与参考设计通信，该库包括C、C#、MATLAB、Python和LabVIEW的绑定。
 
评估和设计支持
► 电路评估板
► CN-0548电路评估板(EVAL-CN0548-ARDZ)
► ADuCM3029超低功耗Cortex-M3 Arduino尺寸开发板(EVAL-ADICUP3029)
► 设计和集成文件
► 原理图、布局文件、物料清单、机械图、软件
 
电路描述
电压和电流测量连接
可将CN0548配置为支持多种测量情况。电流检测输入可以将正极或负极电压输入端子，或两者之间的任何电压作为基准电压源，且测量接地与开发平台和所连接主机的接地隔离。
 
图2显示用于测量一个具有15V接地电源和接地负载的电路的连接。在负载的高端测量负载电流。  
图3显示用于测量负载低端（接地回路）的负载电流的连接。
 
图4显示用于测量-48V电源的连接，在负载的接地回路上测量电流。
 
图5显示高端电流测量连接，电源电压高达250V。电压测量通道的输入端可以容许高达+/-250V的电压，而不造成损坏，输出将达到饱和，不会产生有效的测量。
 
电压输入
LT1997-2精密高压漏斗放大器内置匹配的电阻网络，将输入电压调节到ADC的输入电压范围内。该器件的增益误差为0.006%，增益漂移为1ppm/°C。可以通过对+INA、+INB、+INC、-INA、-INB和-INC输入进行引脚短接来选择38个独有的衰减因数，通过CN0548上的跳线实现。表1列出了5种跳线设置，涵盖大部分应用和电路的允许输入电压。请参考LT1997-2数据手册查看衰减因数的综合列表。注意，应在将CN0548连接至带电电路之前配置增益设置跳线，在连接至带电电路时，不得移动跳线。
 
表1.电压范围跳线配置

输入范围	衰减	+INA	+INB	+INC	-INA	-INB	-INC
80V	20	断开	-VIN	+VIN	断开	+VIN	-VIN
40V	10	+VIN	断开	断开	-VIN	断开	断开
27V	6.67	-VIN	断开	+VIN	+VIN	断开	-VIN
20V	5	断开	+VIN	断开	断开	-VIN	断开
16V	4	断开	断开	+VIN	断开	断开	-VIN

 
通过如表2所示配置LT1997-2 REF引脚和AD7798 AIN3引脚电压，可以将CN0548电压输入设置为单极或双极输入范围。

2.单极/双极电压配置

测量模式	LT1997-2 REF	AD7798 AIN3-	输入范围（80V范围）
单极性	GND	GND	0V至80V
双极性	2.048V	2.048V	-40V至+40V

 
电流输入
AD8418A是一款双向高压零漂移电流检测放大器。其固定增益为20V/V，具有10kHz带宽，在整个工作温度范围内的最大增益误差为±0.15%。放大器的输出电压直接连接至ADC的通道1、AIN1-和AIN1+。AD8418A提供出色的输入共模抑制，范围为-2V至+70V。如表3所示，AD8418A通过ISENSE输入端子之间的10mΩ、2W电流检测电阻执行双向电流测量。在双极性模式下，最大输入电流为+/-10A。单极输入范围为0A至高达14A，受到检测电阻的功耗限制。AD8418A输出要求与GND之间具有32mV裕量；请参阅单极和双极电流测量测试结果。  
表3.单极/双极电流配置

测量模式	AD8418A REF	AD7798 AIN1-	输入范围
单向	GND	GND	0至14A
双向	2.048V	2.048V	-10A至+10A

 
模数转换
AD7798是一款16位低功耗高精度∑-∆模数转换器(ADC)，用于测量宽动态范围、低频率信号，例如压力传感器、称重和精密测量应用中的信号。AD7798具有三个缓冲差分输入，带有可编程仪表放大器和片内数字滤波。100mV至5.25V外部基准电压决定满量程输入范围。AD7798的输出数据速率可由用户编程，范围为4.17至470sps；测量带宽以及噪声灵敏性与输出数据速率成正比。大多数电源测量应用不需要高采样率，可以利用较低输出数据速率模式提供的窄带宽。此外，16.7sps和更低的采样率可以提供对50Hz和60Hz线路噪声的同步抑制。AD7798根据输出数据速率使用稍微不同的滤波器类型，以尽可能降低内部噪声源造成的影响。图8显示16.7Hz模式下的滤波器响应。请参阅AD7798数据手册，查看关于所有滤波器模式的完整详细说明。
 
AD7798的模拟输入是全差分输入，输入范围为。当输入电压处于无缓冲模式且仪表放大器闲置时，绝对电压可以扩展到任一供电轨，这是CN0548默认使用的配置。
 
CN0548向AD7798提供高电平缓冲信号，因此可以将增益设置为1并禁用缓冲器，以尽可能扩大输入范围。4.096V基准电压产生的输入范围为+/-4.096V，甚至在ADC输入等于或稍低于接地值时，读数也是有效的。
 
基准电压
CN0548板上使用两个基准电压。A级LT6657（如图9所示）为AD7798提供4.096V基准电压。此器件为带隙基准电压源提供非常低的噪声；在0.1Hz至10Hz带宽内，仅提供0.5ppmP-P，或者平均值为1.24μVp-p。它采用大型输出电容保持稳定，该电容用于降低高频噪声，并为AD7798的动态采样电流提供低阻抗。LT6657对4.096V输出基准电压源的电压调整率通常低于1ppm/V。负载调整率也低于2µV/mA。负载电流中5mA的变化仅使输出电压偏移10µV。  
LT6656为V_SENSE放大器、I_SENSE放大器和ADC负输入提供2.048V偏置电压，使输入端口能够支持双极范围。
 
噪声性能
LT1997-2的最高输出噪声电压按4衰减，约为1μVp-p。LT6657提供约2μVp-p输出噪声。总值（和的平方根）为1μVp-p和2.0μVp-p，或1.7μVp-p。AD7798的量化噪声为62.5μV，因此将是电压测量中的主要噪声源。在80V输入范围内，折合为输入的噪声约为1.2mV。
 
在电流测量模式下，AD8418A的输入噪声电压为2.3μVp-p，范围为0.1Hz至10Hz。增益为20时，输出端的反射噪声电压为20×2.3μVp-p，或46μVp-p。这仍然略低于AD7798的量化噪声。虽然固定、无噪声输入可能产生几个闪烁码，仍然可将AD7798视为主要的噪声源。
 
电源与SPI隔离
LTM2886 µModule的5V串行外设接口(SPI)版本提供隔离型+/-5V电源和隔离型SPI通信。无需使用外部组件，解耦电容集成在模块中。LTM2886对接地层之间的共模瞬态具有极高的耐受度；通过大于30kV/us的共模事件保持无误差运行。LTM2886包含一个独立的逻辑电源引脚，允许主机侧的逻辑电平电压为1.62V和5.5V之间的任何电压。
 
电路板隔离
图10和图11显示的是电路板隔离栅。该板用于在接地之间提供最大爬电距离，串联采用2个额定值为250V的安全型Y2电容，以降低来自LTM2886的内部开关稳压器的传导噪声。

常见变化
要实现更高分辨率的ADC，可以使用AD7799 24位Σ-Δ ADC作为替代选项。如果AD7798/AD7799需要2.5V基准电压源，建议使用ADR381或ADR391低噪声低功耗基准电压源。
 
对于更低满量程电流应用，AD8417是双向、零漂移、电流检测放大器，具有60V/V增益。
 
在需要信号输入衰减和放大的应用中，LT1997-3是一种可选放大器。LT1997-3将精密运算放大器与高度匹配的电阻相结合，构成可以准确放大电压的单芯片解决方案。在不使用外部组件的情况下，可以实现高达0.0714的衰减，高达+14、精度为0.006% (60ppm)的增益。
 
CN0548接地之间的最大电位差为+/-250V，受470pF旁路电容限制。更高电压的应用要求修改或移除旁路电容；LTM2886本身可以承受接地之间的2500VRMS，持续1分钟。
 
对于要求在隔离侧提供更高电压的应用，可以选择使用LTM2883器件。LTM2883是一款完整的6通道数字µModule^®（微模块）电气隔离器。隔离侧包含±12.5V和5V标称电源，每个电源可以提供超过20mA负载电流。每个电源可以使用单个外部电阻来调节其标称值。
 
电路评估与测试
EVAL-CN0548-ARDZ通过EVAL-ADICUP3029超低功耗Cortex-M3 Arduino尺寸开发板进行测试。有关完整设置详情和其他重要信息，请访问CN0548用户指南。
 
设备要求
► 万用表
► EVAL-ADICUP3029
► EVAL-CN0548-ARDZ
► 台式可变电源（例如Agilent e3631）
► micro USB电缆B型至A型
► 2片式香蕉形插座
► Windows、Linux或Mac电脑，具有串行端子，装有Python 3.6或更高版本
 
开始使用
要设置EVAL-CN0548-ARDZ和相关软件，请使用以下步骤：
1. 如图12所示，连接EVAL-ADI-CUP3029平台板顶部的EVAL-CN0548-ARDZ。
2. 利用附带的micro USB电缆将EVAL-ADICUP3029连接到PC。
3. 在PC中，将预先生成的.hex文件拖放到DAPLINK驱动器中。参考用户指南查看最新的hex文件。
4. 按3029_RESET按钮，或先拔出再重新插入USB电缆来重置ADICUP3029。
5. 通过设备管理器(Windows)或TTY设备文件(Linux)来确定EVAL-ADICUP3029 COM端口。
6. 打开CN0548_simple_plot.py示例Python脚本。（请参考用户指南获取脚本位置。）根据提示设置跳线和输入COM（或tty）端口编号。
7. 为了进行电压检测测量，如图13和图14所示连接主直流源的香蕉接头。将输出电压设置为5.99V至6V，限流值设置为3.9A至4A。
8. 为了进行电流检测测量，如图17和图18所示连接主直流源的香蕉接头。  
电压测量测试设置
EVAL-CN0548-ARDZ是在单极和双极模式下测试的，按照100mV步长，分别扫描0-40V和-40至+40V输入电压。如图13和图14所示，比较EVAL-CN0548-ARDZ板的读数和Keithley DMM7510 7-1/2数字万用表的读数。LT1997-2的衰减值设置为20，并且AD7798和LT1997-2的基准电压在单极测量模式下设置为0V，在双极测量模式下设置为2.048V。  
单极和双极电压测试结果
图15和图16显示3个独立的CN0548板的未校正输出。结果符合LT1997-2、LT6657和AD7798精度规格要求。转换函数中的非线性“步长”是LT1997-2进入“over-the-top”模式的点。  
电流测量测试设置
EVAL-CN0548-ARDZ是在单极和双极模式下测试的，按照100mA步长，分别扫描0A至9A和-9A至+9A输入电流。如图17和图18所示，比较EVAL-CN0548-ARDZ板的读数和Keithley DMM7510高分辨率7½数字万用表的读数。  
单极和双极电流测量测试结果
图19和图20显示3个单独的CN0548板的未校准精度。增益误差主要取决于±1%公差电流检测电阻。
了解更多
► CN0548设计支持包
► CN0548用户指南
► 教程MT-031：实现数据转换器的接地并解开“AGND”和“DGND”的谜团，ADI公司。
► 教程MT-035。运算放大器输入、输出、单电源和轨到轨问题。ADI公司。
► Cantrell，Mark。应用笔记AN-0971：isoPower器件的辐射控制建议。ADI公司。
 
ESD警告
ESD（静电放电）敏感器件。带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇到高能量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采取适当的ESD防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。

Circuits from the Lab®参考设计是经过测试的参考设计，有助于加速设计，同时简化系统集成，帮助并解决当今模拟、混合信号和RF设计挑战。如需更多信息和/或技术支持，请访问：www.analog.com/CN0548。	连接/参考器件
	LT1997-2	精密、宽电压范围、增益可选漏斗放大器
	AD8418A	双向、零漂移电流检测放大器
	AD7798	3通道、低噪声、低功耗、16位、Σ-Δ ADC，内置片内仪表放大器
	LTM2886	集成固定±5V和可调5V稳压电源的SPI/数字或I2C μModule隔离器
	LT6656	1μA精密系列基准电压源
	LT6657	1.5ppm/°C漂移、低噪声、缓冲基准电压源

 
ADI公司的Circuits from the Lab™电路由ADI工程师设计构建。每个电路的设计和构建都严格遵循标准工程规范，电路的功能和性能都在实验室环境中以室温条件进行了测试和检验。尽管如此，采用者仍需负责自行测试电路，并确定其是否适用。ADI公司将不对由任何原因、连接到任何所用参考电路上的任何物品所导致的直接、间接、特殊、偶然、必然或者惩罚性的损害负责。
 
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