前面寫AFE起了個頭,借著熱度,再寫一篇。

我們用採樣晶元最重要的原因就是精度高,但也要小心使用,因為整個採樣電路上面的各個環節都有可能造成採樣精度偏差,比如採樣鏈路上面的電阻。

先看下面的採樣電路簡圖,採樣鏈路上面的電阻都有哪些呢?

在上圖中,r代表電芯的內阻和電芯銅排連接阻抗之和;Rc代表連接器的接觸阻抗與外部採樣線束的阻抗之和;Rm代表廠家推薦的採樣通道串聯電阻;Ri代表AFE內部的等效電阻。r一般是μΩ級別,Rc一般是mΩ級別,Rm是100Ω到10KΩ,Ri是MΩ級別。在上圖中,r代表電芯的內阻和電芯銅排連接阻抗之和;Rc代表連接器的接觸阻抗與外部採樣線束的阻抗之和;Rm代表廠家推薦的採樣通道串聯電阻;Ri代表AFE內部的等效電阻。r一般是μΩ級別,Rc一般是mΩ級別,Rm是100Ω到10KΩ,Ri是MΩ級別。

上面這種情況在日常測試中也經常出現,比如在使用電池模擬工裝時,如果工裝上同一個通道,並聯接入很多採樣線束的話,就很容易出現採樣偏差,原因就是接觸不良。Rc是採樣線阻抗與連接器的接觸電阻之和,它最惡劣的情況是開路,但一般AFE都有斷線檢測機制,可以識別出來此故障;另外一種情況就是連接不良,此時阻抗可能很大,我們就要當心了,當Rc阻抗與Ri可以比擬時(如下圖,省略了一部分電阻),就會對電芯進行分壓,進而造成電壓採樣結果出現偏差。

上面這種情況在日常測試中也經常出現,比如在使用電池模擬工裝時,如果工裝上同一個通道,並聯接入很多採樣線束的話,就很容易出現採樣偏差,原因就是接觸不良。

另外,即使Rc接觸良好,我們也要注意一種情況,就是AFE的供電線與採樣線共用問題。具體如下圖,因為AFE需要由電芯供電,電流大概為10mA左右,如果它與採樣線共用一條線,就會在在Rc上面有個壓降,可能會造成採樣偏差,大家可以去計算一下。

所以很多產品實際單獨走了一條線,用來供電,如下圖;當然,別忘記還有一條供電地線。這樣操作實際可能會引入另外一個問題,就是斷線檢測正確識別問題,需要特別確認。

Rm是採樣通道上面的串聯電阻,一般廠家會有推薦範圍;廠家的推薦值我想主要是三方面考慮:一是設置固定的濾波截止頻率,匹配AFE內部的濾波採樣電路與時間,實現高精度;例如ADI推薦的Rm為100Ω,TI推薦是100Ω~1KΩ,NXP推薦的更大。二是考慮AFE通道的漏電流問題,如果漏電流大的話,Rm一定不能太大,否則會在Rm處產生足以影響採樣精度的壓降。第三就是熱插拔防護,這個後面有機會再細聊。

Ri是指AFE採樣通道內部的等效電阻,廠家可能會以通道漏電流的形式給出。它的大小直接影響採樣精度,因為它與Rm的乘積就是通道上面的壓降;下圖分別是TIADINXP規格書中漏電流的標稱值;所以如果想在電路中加穩壓管進行熱拔插防護的話,一定要選擇好穩壓管的漏電流。

還有一種比較極限的情況是r斷路,如下圖,此時會涉及一種很危險的場景:當r斷開後,整個高壓就落在了斷開的那個通道上面,接著就會燒毀此通道,這是很危險的事情;所以我們在設計時盡量不要跨接模組進行採樣,不過有些模組真是避免不了,那就需要在連接處下功夫了。r是電芯內阻與銅排阻抗的和,隨著電芯的充電或放電,流過r的電流是雙向的,所以在r上就會有一個壓降±ΔV,這在前面一篇裡面也提過;實際AFE採集到的電壓值是±ΔV與電芯OCV的疊加後的值;所以當r變大後,就可能影響採樣精度,更嚴重者,可能或損壞通道,原理很簡單。

總結:還有一種比較極限的情況是r斷路,如下圖,此時會涉及一種很危險的場景:當r斷開後,整個高壓就落在了斷開的那個通道上面,接著就會燒毀此通道,這是很危險的事情;所以我們在設計時盡量不要跨接模組進行採樣,不過有些模組真是避免不了,那就需要在連接處下功夫了。

總結:

這一篇基本介紹了AFE採樣電路所涉及到的各處電阻,知道它們的存在只是第一步,更重要是怎麼處理好這些電阻;借著週末,我又寫了一些字,也畫了一些圖,可能沒有多少人能看見這個,但希望看見的人,對您的設計有所幫助。

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