#電源設計 #運算放大器OPA #電流感測放大器 #類比數位轉換器ADC #類比前端AFE

【精密量測電流】

電流感測電阻又稱作分流器，目的是測量電流；為避免對電流造成負面影響，其電阻值通常非常小，導致按比例所產生的電壓也相對小，不利後續類比數位轉換器 (ADC) 運作。因此，設計人員必須利用電路將此微弱電壓放大。

「電流感測放大器」是專用的運算放大器 (OPA)，額外增添雷射修整的精密電阻網路，再融入到裝置中設定增益值，可選擇是否在同一封裝內納入電流分流電阻；在高功率應用中，因為功率耗散會產生熱量，因而偏好採用外接分流電阻。

最常見的電流監測訊號鏈配置，含有分流電阻、類比前端 (AFE)、ADC 及系統控制器。諸如運算放大器或專屬電流感測放大器的 AFE，會將通過分流電阻而產生的微弱差動電壓，轉換成 ADC 可用的電壓。

可在寬幅共模範圍內測量「分流電阻」壓降的電流感測放大器，結合超低偏移電壓、極小增益誤差和高 DC 共模抑制比 (CMRR)，可實現超精密的電流量測準確度，適用於主動天線系統 mMIMO (AAS)、Macro 遠端無線電單元 (RRU)、48V 機架伺服器或商用網路／伺服器電源供應器。

延伸閱讀：
《INA290 超精密電流感測放大器》
https://www.digikey.tw/zh/product-highlight/t/texas-instruments/ina290-current-sense-amp?dclid=COiuxubBzusCFcaNvQod0T4LkQ

#德州儀器TI #INA290 #Digikey

#量測 #元件電流波形分析儀 #微控制器MCU

【省電高效，從檢測元件電流開始】

微控制器 (MCU) 是低功率元件的心臟，可提供各種省電模式因應長效電池需求。為此，工程師必須徹底研究低功率元件的特性，並進行複雜的除錯，以便實現元件應有的效能，同時達成省電目標。要解析元件的電流波形，使用電流探棒或加裝分流電阻器 (Shunt Resistors) 透過示波器量測或許可行，可惜得到的波形往往充斥雜訊，且頻寬十分有限；但我們需要的其實是乾淨的寬頻訊號。

反觀專業「元件電流波形分析儀」，具有寬幅動態範圍、低雜訊、大頻寬、分析能力等特性；只要將待測物與電流感測器接頭相連，便可清晰且準確呈現低位準電流波形，包括陽春設備無法量測或探測不到的波形。另一方面，當需要仔細檢測異常波形時，可隨時予以局部放大目標畫面、彷彿放大鏡在手；且能輕鬆拖曳圖標實現快速傅利葉轉換 (FFT)，加速分析量測資料，不需使用外部分析程式。

內建電流感測器以最大 1 GSa/s 採樣速率和 14 位元／16 位元寬幅動態範圍擷取訊號，意謂在不到 100 ns 的時間內就能量測到高速脈衝響應。綜觀現有元件電流量測有以下瓶頸：
◆動態範圍有限：大多數電池供電裝置都有低功率的休眠模式，在此模式下，元件消耗的電流會降到最低，例如 1 µA，而運作模式所消耗的電流通常都超過 10 mA。要在單次量測中涵蓋如此寬的電流動態範圍有一定困難。
◆量測雜訊大：鉤鉗式電流探棒易有背景雜訊過大的問題，無法量測低於 1 mA 的低位準電流；而使用分流電阻器和示波器進行低位準電流量測，也會受到背景雜訊和電阻器兩端壓降影響，令最小可量測電流有所限制。
◆頻寬有限：高解析度和較寬的頻寬通常無法兼顧，必須有所取捨；萬用電錶或電流錶常被用來進行高解析度量測，但因頻寬較低，並不適用於寬頻電流量測。
◆需使用多部儀器：工程師通常使用萬用電錶來量測平均的休眠模式電流，搭配示波器擷取運作模式電流，再據以手動估算總功率和電流消耗；但這些資料並不可靠，還需花費可觀的時間進行驗證。

演示視頻：
《New Keysight CX3300 series measures wideband & low-level current waveforms》
http://www.compotechasia.com/a/CTOV/2016/0627/32344.html

#是德科技Keysight #CX3300

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#工業控制 #嵌入式系統 #電路設計 #演算法

【行前周延評估，是確保性能及安全的第一步】

工業馬達應用甚廣，哪怕農業灌溉、林業機械、漁塭養殖、畜牧風扇等都隨處可見它的踪跡；為優化能源效率和可靠性，控制系統必須以最高性能水準運行。如果電路或控制演算法在獨立運行時明明毫無瑕疵，卻在整合到高雜訊控制系統時成效不如預期，不免令人扼腕，甚至因此付出昂貴代價，例如：後續保固維修、停工損失，或傷及人身安全。

亞德諾半導體 (ADI) 一款協助評估電路及系統性能的馬達控制平台，可降低風險、縮短上市時間。該平台由硬體、軟體和工具構成，包括控制板和功率板兩塊電路板；控制板採用ADSP-CM408混合訊號處理器，並整合240 MHZ浮點ARM Cortex – M4核心和ADI高壓功率板。功率板採用通用交流線路輸入。

ADSP-CM40X處理器在執行速度和類比性能表現不俗，包括：兩個16位元ADC、具有13個有效位元數，轉換時間僅為375ns，內建四個SINC濾波器，可對「增量累加轉換器」 (ΔΣ ADC) 的資料流程進行解調處理，無需使用任何外部電路。系統為相電流的測量提供兩種技術，所有霍爾效應感應器和分流電阻都與ΔΣ ADC相結合，會將訊號回饋至處理器，支援位置回授、編碼器和解角器。

功率板則搭載一個數控型升壓轉換器，用於功率因數校正；另有一個三相IGBT模組，所有閘極驅動訊號和狀態訊號均採用數位隔離。系統採用磁場定向控制演算法，以基於模型的設計和MATLAB Simulink自動代碼生成驅動、控制三相永磁馬達。透過模型化功率狀態、馬達、感應器介面和裝置驅動程式以及控制演算法本身，可實現對整個設計的模擬。

經由自動代碼生成方式，可將演算法部署到嵌入式目標中。當啟動馬達、設定參考速度後，運行時，目標會捕捉變數資訊並將其傳回電腦，讓工作週期、馬達電流和轉子位置一覽無遺，且可透過圖形化使用者介面進行控制、更改參數配置並發送命令，同時將即時資料傳回電腦。

延伸閱讀：《Analog Devices----高壓馬達控制平臺展示》
http://www.compotechasia.com/a/CTOV/2015/0308/28529.html…

#亞德諾半導體ADI #ADSP-CM408 #混合訊號處理器 #ARM #Cortex-M4