ZHCY211 December 2024 AMC0106M05 , AMC0106M25 , AMC0136 , AMC0311D , AMC0311S , AMC0386 , AMC0386-Q1 , AMC1100 , AMC1106M05 , AMC1200 , AMC1200-Q1 , AMC1202 , AMC1203 , AMC1204 , AMC1211-Q1 , AMC1300 , AMC1300B-Q1 , AMC1301 , AMC1301-Q1 , AMC1302-Q1 , AMC1303M2510 , AMC1304L25 , AMC1304M25 , AMC1305M25 , AMC1305M25-Q1 , AMC1306M05 , AMC1306M25 , AMC1311 , AMC1311-Q1 , AMC131M03 , AMC1336 , AMC1336-Q1 , AMC1350 , AMC1350-Q1 , AMC23C12 , AMC3301 , AMC3330 , AMC3330-Q1
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- 引言
- 隔離式信號鏈簡介
- 選擇樹
- 電流檢測
- 電壓感測
- EMI 性能
- 終端設備
- 其他參考設計/電路
數字接口時序規格的設計挑戰
隔離式 Δ-Σ 調制器為外部和內部生成的時鐘信號提供接口選項，包括 CMOS 接口或 LVDS 接口。對于具有外部提供時鐘源的器件（例如具有 CMOS 接口的 AMC1306M25 或具有 LVDS 接口的 AMC1305L25），時鐘信號從 MCU 路由到 Δ-Σ 調制器的時鐘輸入；而對于具有內部提供時鐘源的器件（例如 AMC1303M2520），輸出位流與內部生成的時鐘同步。還有具有曼徹斯特編碼輸出位流、支持單線數據和時鐘傳輸的隔離式 Δ-Σ 調制器器件，例如 AMC1306E25。對于所有隔離式 Δ-Σ 調制器，調制器的數據輸出提供由數字 1 和 0 組成的位流，該位流同步移出到時鐘邊沿。
圖 145 顯示了隔離式 Δ-Σ 調制器 AMC1306M25 與 C2000 MCU TMS320F28379D 之間具有 3.3V I/O 的 CMOS 接口的簡化示例。由于 AMC1306M25 需要外部提供的時鐘源，因此由 MCU TMS320F28379D 生成時鐘信號并提供給 Δ-Σ 調制器時鐘輸入 CLKIN。同時，生成的時鐘信號也會路由到 MCU Σ-Δ 濾波器模塊 (SDFM) SD1_C1 (GPIO123) 的時鐘輸入。根據系統設計，MCU 和隔離式 Δ-Σ 調制器之間的時鐘接口中包括一個時鐘緩沖器。Δ-Σ 調制器的隔離式數據輸出 DOUT 直接連接到 MCU Σ-Δ 濾波器模塊 (SDFM) 數據輸入 SD1_D1 (GPIO122)。
圖 145 AMC1306M25 與 TMS320F28379D 之間數字接口的簡化圖在隔離式 Δ-Σ 調制器和 MCU 之間進行有效通信需要滿足相應器件數據表中描述的建立時間和保持時間要求。建立時間是指在轉換時鐘信號來捕獲 MCU 中的數據信號之前，數據信號必須有效且保持穩定的時間量。保持時間是在時鐘信號轉換發生后信號必須保持有效和穩定的時間量。滿足 MCU 建立時間和保持時間要求至關重要，因為任何違例都會導致采集到錯誤數據。隔離式 Δ-Σ 調制器的數字接口建立時間和保持時間要求與 MCU 之間不兼容會帶來設計挑戰。
圖 146 概述了 AMC1306x 的建立時間和保持時間的數字接口時序，該器件支持從 5MHz 至 21MHz 的建議時鐘頻率 (CLKIN)，數據保持時間 th(MIN) = 3.5ns，數據延遲時間 td (MAX) = 15ns。
圖 146 AMC1306x 數字接口時序圖 147 概述了 TMS320F28379D Σ-Δ 濾波器模塊 (SDFM) 在模式 0 下的時序圖。根據 SDFM 模塊中 SDx_Cy 信號的上升時鐘邊沿，SDx_Dy 處的數據輸入需要滿足最短建立時間 tsu(SDDV-SDCH)M0 和最短保持時間 th(SDCH-SDD)M0。
圖 147 TMS320F28379D SDFM 時序圖 - 模式 0對于模式 0 下的 TMS320F28379D SDFM 模塊，我們建議使用具有限定 GPIO（3 樣本窗口）的 SDFM 操作。此模式針對輸入時鐘信號 (SDx_Cy) 和數據輸入 (SDx_Cy) 的隨機噪聲干擾提供保護，避免出現錯誤的比較器過流跳閘和錯誤的 Sinc 濾波器輸出。使用 TMD320F28379D 的 200MHz 系統時鐘的最短建立時間和保持時間均為 10ns：tsu (SDDV-SDCH)M0 (MIN) = 10ns 和 th(SDCH-SDD)M0 (MIN) = 10ns。
這帶來了設計挑戰，因為 AMC1306M25 最短保持時間 th(MIN) 為 3.5ns，但為了根據 SDx_Cy 信號的上升時鐘邊沿在數據輸入 SDx_Dy 處維持正確的采集，SDFM 模塊需要 10ns。
另一個挑戰是，信號鏈中帶有數字接口的附加元件（如時鐘緩沖器）的傳播延遲以及由 PCB 上的布線長度引入的時鐘和數據信號的傳播延遲都會對 SDx_Cy 和 SDx_Dy 輸入之間的時序產生影響，并使數據輸入的正確采集時序變得復雜。
這同樣適用于具有 LVDS 接口的 Δ-Σ 調制器，例如 AMC1305L25。與具有 CMOS 接口類型的 AMC1306M25 Δ-Σ 調制器的唯一差異是，連接到具有 CMOS 接口的 MCU 時需要 LVDS 驅動器和接收器等附加元件，這會進一步增加傳播延遲。圖 148 顯示了具有 LVDS 接口的隔離式 Δ-Σ 調制器 AMC1305L25 與具有 CMOS 接口的 MCU TMS320F28379D 之間的簡化數字接口。
圖 148 AMC1305L25 與 TMS320F28379D 的數字接口圖 149 顯示了具有內部創建的時鐘源且帶 CMOS 接口的隔離式 Δ-Σ 調制器 AMC1303Mx 與帶 CMOS 接口的 TMS320F28379D 之間的簡化數字接口。AMC1303Mx 內部生成的時鐘信號 CLKOUT 是 MCU Σ-Δ 濾波器模塊 (SDFM) SD1_C1 (GPIO123) 的輸入。Δ-Σ 調制器的隔離式數據輸出 DOUT 直接連接到 SDFM 的 MCU 數據輸入 SD1_D1 (GPIO122)。
圖 149 AMC1303M2520 用于連接 TMS320F28379D 的 3.3V CMOS 數字接口使用具有內部時鐘的隔離式調制器時，數字接口面臨的挑戰僅限于隔離式 Δ-Σ 調制器與 MCU 建立時間和保持時間之間的不同時序規格。如果時鐘和數據信號的布線長度相同，則可以忽略 PCB 上的布線長度引入的時鐘和數據信號傳播延遲。通常，調制器直接連接到 MCU，無需緩沖器或電平轉換器（這會增加額外的傳播延遲）。
對于 10MHz 和 20MHz 時鐘版本，AMC1303Mx 保持時間 th(MIN) 為 7ns，延遲時間 td (MAX) 為 15ns。面臨的挑戰是，AMC1303Mx 最短保持時間 th(MIN) 為 7ns，但 SDFM 模塊需要 10ns 的保持時間，才能在不違反任何建立時間和保持時間的情況下在 SDx_Dy 處正確采集數據輸入。
對于具有曼徹斯特編碼位流輸出的隔離式 Δ-Σ 調制器（例如 AMC1306E25），數據和時鐘通過單線傳輸。因此，不需要考慮接收器件的建立時間和保持時間要求與調制器時鐘信號之間的關系。
滿足 MCU 建立時間和保持時間要求的一種常用方法和折衷方法是降低時鐘頻率。但是，降低時鐘頻率也會降低隔離式 Δ-Σ 調制器的數據輸出速率，并增加電流測量的延時。一種更合適的方法是使用時鐘邊沿延遲補償，這樣可以使時鐘信號的時鐘邊沿移到數據信號的理想采樣點，從而滿足建立時間和保持時間要求。使用此方法可消除時鐘頻率限制，從而使隔離式 Δ-Σ 調制器和系統以出色性能運行。