該AMC131M03是一款精密、三通道、數據和電源隔離、同步采樣、24位、三角積分（ΔΣ）模數轉換器（ADC）。該AMC131M03提供寬動態范圍、低功耗和電能測量專用功能，專為電能計量和功率計量應用而設計。由于該器件具有高輸入阻抗，ADC輸入可以直接連接到電阻分壓器網絡或分流電流傳感器。
*附件：amc131m03.pdf

該AMC131M03具有完全集成的隔離式 DC/DC 轉換器，允許從器件的低端進行單電源作。增強型電容隔離柵已通過 VDE 0884-17 和 UL1577 認證。該隔離柵將系統中在不同共模電壓電平下運行的部件分開，并保護低壓部件免受損壞，使該AMC131M03成為使用并聯電流傳感器的多相電能計量應用的絕佳選擇。

特性

• 三個隔離式同步采樣ΔΣ ADC，具有差分或單端輸入
• 單電源作（3.3 V 或 5 V），集成 DC/DC 轉換器
• 低 EMI：符合 CISPR-11 和 CISPR-25 標準
• 可編程數據速率：高達 64 kSPS
• 可編程增益：高達 128
• 低漂移內部基準電壓源
• 內部溫度傳感器
• 具有循環冗余校驗 （CRC） 功能的 4 線 SPI 接口
• 安全相關認證：
  • 7070V 峰值增強隔離，符合 DIN EN IEC 60747-17 （VDE 0884-17） 標準
  • 5000V RMS 隔離 1 分鐘，符合 UL1577 標準
• 封裝：20引腳寬體SOIC
• 工作溫度范圍：–40°C 至 +125°C

參數

方框圖

AMC131M03 是德州儀器（Texas Instruments）推出的 三通道同步采樣隔離型 ΔΣ ADC ，集成數據與電源隔離功能、內置 DC/DC 轉換器，專為高精度能量計量、電力監測及工業控制場景設計。其核心優勢在于強化隔離性能、寬增益范圍與低噪聲特性，可直接適配分流電阻、電壓分壓網絡等傳感器，滿足商用 / 民用電表、斷路器、EV 充電站及電池管理系統（BMS）的嚴苛需求。以下從核心特性、性能參數、功能模塊、應用設計及訂購信息等方面展開總結。

一、核心特性與產品定位

1. 基礎參數與架構

• ADC 通道配置 ：3 路同步采樣 24 位 ΔΣ ADC，支持差分或單端輸入；每路通道獨立可編程增益（1×-128×），適配 0.05A-100A 電流范圍（配合分流電阻）與 100V-240V 電壓范圍（配合分壓電阻）。
• 隔離性能 ：采用 SiO?電容隔離屏障，符合 DIN EN IEC 60747-17（VDE 0884-17）強化隔離標準（7070V??峰值隔離電壓）、UL1577 標準（5000V???隔離電壓，持續 1 分鐘）；隔離屏障電容約 4.5pF，絕緣電阻＞1012Ω（25℃），抗共模瞬態干擾（CMTI）達 150V/ns，適配高壓系統高低側隔離監測。
• 集成電源方案 ：內置隔離型 DC/DC 轉換器，支持單電源供電（低壓側 3.3V/5V），高壓側輸出 3.0V（DCDC_OUT），經 LDO 后提供 2.6-3.2V（HLDO_OUT），可對外提供 1mA 輔助電流（如為外部濾波器供電），簡化多隔離電源設計。
• 環境適應性 ：符合 AEC-Q100 Grade 1 溫度標準（-40°C 至 125°C 工作溫度，結溫最高 150°C）；ESD 防護達人體放電模型（HBM）±2000V、帶電器件模型（CDM）±1000V；電磁輻射（EMI）滿足 CISPR-11 與 CISPR-25 標準，減少對系統敏感設備干擾。

2. 封裝與物理特性

• 封裝規格 ：20 引腳寬體 SOIC（DFM 封裝），尺寸 12.8mm×10.3mm，引腳間距 1.27mm，適配常規 PCB 布局；底部無熱焊盤，需通過 HGND 引腳優化散熱。
• 隔離間距 ：外部爬電距離與電氣間隙均≥8.0mm，內部絕緣距離≥0.021mm，符合污染等級 2、氣候類別 40/125/21，適配 600V??以下電網系統。

二、關鍵性能指標

1. ADC 核心性能（典型值，TA=25°C，DVDD=3.3V，fCLKIN=8.192MHz，增益 = 1，OSR=1024）

2. 電源與溫度傳感器性能

三、核心功能模塊

1. ADC 信號鏈與采樣機制

（1）ΔΣ 調制器與數字濾波器

• 調制器架構 ：采用二階 ΔΣ 調制器，調制頻率（fMOD）由外部時鐘（CLKIN）經可編程分頻器（N_DIV=2/4/8/12）得到，默認 fMOD=fCLKIN/2（如 fCLKIN=8.192MHz 時，fMOD=4.096MHz）；通過過采樣（OSR）降低量化噪聲，OSR 可編程范圍 64-16384（Turbo 模式下 OSR=64），數據率范圍 125SPS-64kSPS。
• 數字濾波器 ：
  • 主濾波器：sinc3 低通濾波器，對 OSR≤1024 時直接輸出，OSR＞1024 時級聯 sinc1 濾波器，確保帶內噪聲抑制；濾波器建立時間隨 OSR 增加延長（OSR=1024 時約 3120 個 CLK 周期），需忽略未穩定數據。
  • 快速建立濾波器：上電或復位后優先啟用 sinc1 濾波器，2 個轉換周期后切換至 sinc3 濾波器，縮短啟動階段數據穩定時間，適配快速喚醒場景。

（2）可編程增益與輸入配置

• 增益控制 ：每路通道獨立配置 PGA 增益（1×/2×/4×/8×/16×/32×/64×/128×），通過 GAIN 寄存器的 PGAGAINx [2:0] 位設置；增益＞4× 時自動啟用輸入預充電緩沖器，提升輸入阻抗（增益 = 8× 時輸入阻抗約 0.5MΩ），減少外部信號源負載影響。
• 輸入模式 ：支持差分、單端、偽差分測量；內置負電荷泵，允許輸入電壓低于 HGND 1.3V，適配分流電阻電流雙向測量（如電池充放電監測）；輸入多路復用器（MUXn [1:0]）可選擇外部信號、HGND（偏移校準）或內部測試信號（DC/AC 診斷）。

（3）全局斬波與校準

• 全局斬波模式 ：開啟后（GC_EN=1b）通過兩次極性相反的采樣平均，降低器件固有偏移誤差與溫度漂移（偏移誤差降至 ±6μV，漂移 ±0.1μV/°C），適合高精度直流測量場景；數據率約為正常模式的 1/3，需平衡精度與速度。
• 校準機制 ：
  • 偏移校準：每路通道 24 位偏移校準寄存器（OCALn [23:0]），支持用戶寫入實測零輸入偏移值，自動減法修正。
  • 增益校準：每路通道 24 位增益校準寄存器（GCALn [23:0]），支持 0-2 倍增益修正（默認值 8000h 對應增益 1×），補償系統增益誤差。
  • 相位校準：10 位相位延遲寄存器（PHASEn [9:0]），可調整通道間采樣相位（-OSR/2 至 OSR/2-1 個調制周期），補償傳感器相位差（如電流互感器與電壓分壓網絡的相位偏差）。

2. 隔離與電源管理

（1）隔離 DC/DC 轉換器

• 架構與同步 ：集成原邊 LDO、全橋逆變器、空氣芯變壓器、副邊整流器及 LDO，采用擴頻時鐘技術降低 EMI；DC/DC 工作頻率需與調制器時鐘同步，通過 DCDC_FREQ [3:0] 配置（支持 1.4MHz-4.1MHz 范圍），避免干擾 ADC 采樣。
• 故障檢測 ：SEC_FAIL 位（STATUS 寄存器）指示 DC/DC 故障（如副邊供電不穩定、隔離通信錯誤），故障狀態鎖存，需讀取 STATUS 寄存器清除；DC/DC 使能后需等待副邊電壓穩定（tPOR_SEC），通過兩次讀取 SEC_FAIL 確認正常后再采集 ADC 數據。

（2）高低側電源分配

• 低壓側（低電位端） ：DVDD（3.0V-5.5V）供電，需外接 1nF+1μF 去耦電容；DCDC_CAP 引腳（DC/DC 原邊輸入）外接 100nF 低 ESR 電容，靠近引腳布局。
• 高壓側（高電位端） ：DCDC_OUT（3.0V）連接至 HLDO_IN，HLDO_OUT（2.6V-3.2V）為 ADC 模擬電路供電，外接 1nF+100nF 去耦電容；HGND 為高壓側地，需與分流電阻負極或電壓分壓網絡地單點連接，避免地環流。

3. 功能安全與診斷

• 寄存器 CRC 校驗 ：啟用后（REG_CRC_EN=1b）對可寫寄存器空間（02h-31h）持續計算 16 位 CRC（CCITT/ANSI 多項式可選），REG_MAP 位指示 CRC 錯誤，保障配置數據完整性。
• SPI 通信安全 ：4 線 SPI 接口（CS、SCLK、DIN、DOUT），支持 16/24/32 位數據寬度，輸入 CRC（RX_CRC_EN）與輸出 CRC（強制啟用）可選，檢測通信錯誤；SPI 超時功能（TIMEOUT=1b）防止 CS 永久拉低導致的通信掛死，超時周期 32768 個 MCLK 周期。
• 溫度監測 ：通道 2 可配置為內部 / 外部溫度傳感器模式（TS_EN=1b）：
  • 內部傳感器：測量芯片結溫，增益 = 8× 時誤差 ±3°C（TA=25°C），適配器件過熱保護。
  • 外部傳感器：支持 NTC/PTC 輸入，通過 HLDO_OUT 分壓提供基準，實現環境或傳感器溫度監測（如分流電阻溫度補償）。

4. 數字接口與控制

• 數據就緒與同步 ：DRDY 引腳（低有效）指示新數據可用，可配置觸發源（最滯后 / 最超前通道、所有通道 OR 邏輯）；SYNC/RESET 引腳支持同步（脈沖寬度 1-tw (RSL) 個 CLK 周期）或硬件復位（脈沖寬度≥tw (RSL)=2048 個 CLK 周期），多器件同步采樣時需同時觸發 SYNC。
• GPIO 功能 ：AIN2P/GPO 引腳可復用為通用輸出（GPO_EN=1b），邏輯電平基于 HLDO_OUT，支持推挽驅動（最大 1mA 負載），可用于外部報警或繼電器控制。

四、應用設計要點

1. 電源與布局設計

• 供電配置 ：
  • 低壓側：DVDD 外接 1nF（0603 封裝，靠近引腳）+1μF（1206 封裝）去耦電容，DCDC_CAP 外接 100nF 低 ESR 電容（X7R 材質）。
  • 高壓側：DCDC_OUT 與 DCDC_HGND 間外接 1nF+1μF 電容，HLDO_OUT 與 HGND 間外接 1nF+100nF 電容；建議在 DCDC_OUT-HLDO_IN、DCDC_HGND-HGND 間串聯鐵氧體磁珠（如 Wurth 74269244182），降低 EMI。
• 隔離布局 ：
  • 嚴格區分高低側地（HGND 與 DGND），單點連接（建議通過 PCB 地層單點互聯），避免地環流。
  • 高壓采樣電路（如電壓分壓）與低壓控制電路（SPI）間距≥8mm，滿足爬電距離；模擬信號跡線短而粗，數字跡線遠離 ADC 輸入，減少串擾。
  • 分流電阻至 ADC 輸入（AIN0P/AIN0N）采用對稱布線，長度差≤0.5mm，降低寄生電感導致的相位差。

2. 模擬輸入設計

• 電流采樣 ：
  • 分流電阻選擇：根據最大電流（如 100A）與 ADC 滿量程（增益 = 32× 時 ±37.5mV）計算，推薦 200μΩ/2W 型號（電壓降 ±20mV），溫度系數＜25ppm/°C。
  • 抗混疊濾波：分流電阻與 ADC 輸入間串聯 RC 濾波器（推薦 50Ω+4.7nF，截止頻率＜數據率 1/2），雙絞線傳輸差分信號，減少噪聲耦合。
• 電壓采樣 ：
  • 分壓網絡：高壓電壓（如 240V）通過 2 個 1MΩ/200V 電阻分壓（輸出 450mV），電阻選用高精度（±0.1%）、低溫度系數（＜10ppm/°C）型號，分壓節點串聯 RC 濾波（1kΩ+10nF）。
  • 偽差分配置：AIN12N（通道 1 負輸入）連接至 VCMA（0.78V 偏置），適配高壓單端信號轉換為差分信號，提升 CMRR。
• 溫度采樣 ：
  • 內部傳感器：通道 2 配置 TS_EN=1b、TS_SEL=0b，增益 = 8×，通過公式計算溫度。
  • 外部 NTC：串聯 1kΩ 限流電阻，NTC 兩端電壓通過 ADC2 單端測量，利用分壓比計算電阻值，再通過 NTC 特性曲線換算溫度。

3. 初始化與同步

• 啟動流程 ：
  1. 上電后等待 DRDY 上升（tPOR=250μs），配置 CLK_DIV（如 N_DIV=2）與 DCDC_FREQ（匹配 fMOD）。
  2. 使能 DC/DC（DCDC_EN=1b），等待 SEC_FAIL 位清零（需兩次讀取 STATUS 寄存器確認）。
  3. 配置 ADC 增益、OSR、斬波模式，觸發 SYNC 同步，等待濾波器建立時間（如 OSR=1024 時 3120 個 CLK 周期）后開始采集。
• 多器件同步 ：
  • 多 AMC131M03 并行時，共享 CLKIN 與 SYNC 信號，CS 獨立控制；同步脈沖后需等待所有器件 DRDY 下降，確保采樣時刻一致。
  • 相位校準：以通道 0 為基準，通過 PHASE1、PHASE2 調整其他通道相位，補償 PCB 布線或傳感器導致的相位差（如電流通道滯后電壓通道 10°，需配置相位延遲）。