MAX9949/MAX9950参数测量单元PMU工作模式

概述

MAX9949/MAX9950是双通道参数测量单元(PMU)，具有四种主要工作模式：

1. FIMI—加流/测流
2. FIMV—加流/测压
3. FVMI—加压/测流
4. FVMV—加压/测压

本文没有讨论两种辅助操作模式，即：无加载信号/测压(FNMV)和无加载信号/测流(FNMI)。关于这两种模式的详细信息，请参照数据资料。

这篇应用笔记分章节讨论四种主要工作模式，每个章节根据等效框图说明芯片的功能。利用公式解释工作原理，并给出了配置实例。针对FIMI模式的表格给出了进一步的设计案例，MAX9949/MAX9950针对不同类型的ADC与MSR引脚连接进行配置。用户可以参考这些实例、配置、公式和表格，设置特殊的工作模式。

如需了解如何通过串口配置各种模式，请参照数据资料。

注意事项及附加说明

给出原理框图之前，首先提供以下附加说明。

1. 本应用笔记的内容是对数据资料的补充，建议读者首先获取一份数据资料，确保所有设置都符合数据资料的规定。
   
2. 本文所举示例假设PMU都已经过校准。为简化问题，假设所有失调为零。没有失调的器件在现实生活中并不存在，所有器件在实际使用之前都需要进行校准，以达到绝对精度要求。
   
3. 数据资料中的满量程范围(FSR)指从负向最小值到正向最大值的范围。比如，200μA的FSR范围为±200μA，共计400μA。其它量程±2μA、±2mA和±64mA同样如此换算。
   
4. 线性误差表示为FSR的函数，通常在±0.02%范围内。如果我们选取2μA范围，则在整个4μA FSR范围内，最大线性误差为0.02% x 4μA = 80nA。
   
5. 不要超过绝对最大额定值指标，确保工作在数据资料规定的标称范围内。超出标称工作范围可能导致异常结果或损坏器件。
   
6. 框图中椭圆内的数字代表节点电压，用户可以自行验证各节点值。框图采用理想运放的SPICE模型进行仿真，节点电压值即为仿真结果。
   
7. 在FI (加流)模式下，电流正比于[VIN- VIOS]。
   
8. 表中给出了如何针对单极性和双极性ADC设置IOS。
   
9. 所有示例框图采用15.5kΩ负载，RSENSE= 10kΩ，量程设为200μA。框图适用于任何负载和任何量程。
   
10. 本应用笔记也适用于MAX9951/MAX9952PMU，但有两点例外：反馈环路增益倍数是4而不是2；所使用的检测电阻值翻倍。

FIMI模式

图1. 示例配置的FIMI模式等效框图

由图1可以观察到：

1. MSR引脚监测IN输入电压，加上或减去U1、U2、U3、U4和U5的全部失调电压。MSR引脚自身并不直接检测输入电流，IFORCE电流正比于VIN- VIOS：

   (式1)

2. 图1给出了一个设置案例，其中，IN = 3.456V，IOS = 1.234V，负载为15.5kΩ。利用式1和RSENSE= 10kΩ (±200μA量程)，得到IFORCE= 111.1μA。
   
3. 通过计算流过RSENSE的电流可以确认IFORCE的计算：

   IRSENSE= (2.833 - 1.722)/10,000 = 111.1μA

   (式2)

   负载端：

   IRLOAD= 1.722/15,500 = 111.0968μA (误差源于3位分辨率)

4. 表1. FIMI配置示例，可在MSR引脚选择单极性或双极性输入ADC

   FIMI
   IN (V)	IOS (V)	RSENSE (Ω)	FI (μA)	MSR (V)
   IOS set for -4V to +4V ADC on MSR output
   -4	0	10,000	-200	-4
   -3	0	10,000	-150	-3
   -2	0	10,000	-100	-2
   -1	0	10,000	-50	-1
   0	0	10,000	0	0
   1	0	10,000	50	1
   2	0	10,000	100	2
   3	0	10,000	150	3
   4	0	10,000	200	4
   IOS set for 0V to +8V ADC on MSR output
   0	4	10,000	-200	0
   1	4	10,000	-150	1
   2	4	10,000	-100	2
   3	4	10,000	-50	3
   4	4	10,000	0	4
   5	4	10,000	50	5
   6	4	10,000	100	6
   7	4	10,000	150	7
   8	4	10,000	200	8

   
   

   表1说明如何使用IOS引脚配置芯片，以支持单极性ADC (本例中，-4V至+4V)或双极性ADC (0V至8V)。由此，客户可以针对其应用需求在较宽范围选择ADC。表1示例采用200μA量程(RSENSE= 10kΩ)，但相同的设置适用于所有量程。

   
   
   

   FIMV模式

   
   图2. 示例配置的FIMV模式等效框图
   
   FIMV节点与FIMI模式基本相同，只是输出端或FORCE引脚电压由MSR引脚监测(图2)。FORCE引脚输出电流与图1完全相同，所有计算过程也相同。

   
   
   

   FVMI模式

   
   图3. 示例配置的FVMI模式等效框图
   
   在FVMI模式下，FORCE引脚电压强制等于IN引脚电压(图3)，因此，VFORCE= VIN。
   
   从图3很容易看到这一点：

   ILOAD= VIN/RLOAD= 3.456/15,500 = 222.97μA

   (式3)

   因为RSENSE= 10kΩ，量程为200μA。但我们超出200μA FSR量程22.97μA。考虑到每个设定量程都有一定裕量，超出FSR指标，所以这个结果是可接受的。MSR引脚通过IOS引脚电压偏置为：VMSR= 2 × (ILOAD× RSENSE) + VIOS。

5. FVMV模式
   
   图4. 示例配置的FVMV模式等效框图
   
   图4显示强制输出为IN电压，MSR引脚监控该电压或加压。因此，ILOAD= VIN/RLOAD。

   结论

   本应用笔记在数据资料的基础上详细说明了MAX9949/MAX9950 PMU器件的四种主要工作模式，并给出了每种模式下的等效框图和设置示例，便于实际评估。