AD8418WBRMZ-RL

双向、零漂移、 电流检测放大器 AD8418 产品特性 概述 失调漂移：0.1 µV/°C(典型值) AD8418是一款高压、高分辨率电流检测放大器。设定初始 增益为20 V/V，在整个温度范围内的最大增益误差为±0.15%。 缓冲输出电压可以直接与任何典型转换器连接。AD8418在 输入共模电压处于−2 V至+70 V范围时，具有出色的输入共 模抑制性能；它能够在采样电阻上进行双向电流的测量， 适合各种汽车和工业应用，包括电机控制、电池管理和电 磁阀控制等。 失调电压：±400 µV(最大值，全温度范围) 电源工作范围：2.7 V至5.5 V 集成电磁干扰(EMI)滤波器 高输入共模电压范围 工作电压范围：−2 V至+70 V 耐压范围：−4 V至+85 V 初始增益 = 20 V/V 在−40°C至+125°C的整个温度范围内，AD8418都能提供极 佳的性能。它采用零漂移内核，在整个工作温度范围和共 模电压范围内，失调漂移典型值为0.1 µV/°C。AD8418完全 符合汽车应用规范，集成EMI滤波器和专利电路，在脉冲 宽度调制(PWM)类输入共模电压下具有高输出精度。输入 失调电压的典型值为±200 µV。AD8418提供8引脚MSOP和 SOIC两种封装。 宽工作温度范围：−40°C至+125°C 双向操作 提供8引脚SOIC和8引脚MSOP封装 共模抑制比(CMRR)：86 dB，直流至10 kHz 通过汽车应用认证 应用 高端电流检测 电机控制 表1. 相关器件 电磁阀控制 产品型号 AD8205 AD8206 AD8207 AD8210 电源管理 低端电流检测 诊断保护 说明 电流检测放大器，增益= 50 电流检测放大器，增益= 20 高精度电流检测放大器，增益= 20 高速电流检测放大器，增益= 20 功能框图 VCM = –2V TO +70V VS = 2.7V TO 5.5V 70V VS VREF 1 AD8418 VCM +IN ISHUNT EMI FILTER OUT G = 20 RSHUNT 50A VOUT + 0V –IN VS VS/2 EMI FILTER – ISHUNT –50A VREF 2 11546-001 0V GND 图1. Rev. 0 Document Feedback Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 ©2013 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Technical Support www.analog.com ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 AD8418 目录 产品特性 ......................................................................................... 1 应用.................................................................................................. 1 概述.................................................................................................. 1 功能框图 ......................................................................................... 1 修订历史 ......................................................................................... 2 技术规格 ......................................................................................... 3 绝对最大额定值............................................................................ 4 ESD警告..................................................................................... 4 引脚配置和功能描述 ................................................................... 5 典型性能参数 ................................................................................ 6 工作原理 ....................................................................................... 10 输出偏移调整 .............................................................................. 11 单向操作.................................................................................. 11 双向操作.................................................................................. 11 采用外部基准电压源的输出............................................... 12 平分电源.................................................................................. 12 平分外部基准电压源............................................................ 12 应用信息 ....................................................................................... 13 电机控制.................................................................................. 13 电磁阀控制 ............................................................................. 14 外形尺寸 ....................................................................................... 15 订购指南.................................................................................. 16 汽车应用产品 ......................................................................... 16 修订历史 2013年9月—修订版0：初始版 Rev. 0 | Page 2 of 16 AD8418 技术规格 除非另有说明，TA = −40°C至+125°C(工作温度范围)，VS = 5 V。 表2. 参数 增益 初始 全温度范围内的误差 增益与温度的关系 失调电压 失调电压(折合到输入端，RTI) 全温度范围(RTI) 失调漂移 输入 输入偏置电流 输入电压范围 共模抑制比(CMRR) 输出 输出电压范围 输出电阻 动态响应 小信号−3 dB带宽 压摆率 噪声 0.1 Hz至10 Hz (RTI) 频谱密度、1 kHz (RTI) 失调调整 比率精度1 精度(折合到输出端，RTO) 输出偏移调整范围 电源 工作范围 整个温度范围内的静态电流 电源抑制比 温度范围 额定性能 1 测试条件/注释 最小值 典型值 最大值 单位 20 ±0.15 +8 V/V % ppm/°C ±400 +1 µV µV µV/°C 额定温度范围 −8 25°C 额定温度范围 ±200 −1 +0.1 130 共模，连续 额定温度范围，f = DC f = DC至10 kHz −2 90 RL = 25 kΩ 0.015 分压器对电源 施加到并联VREF1和VREF2的电压 VS = 5 V 0.4995 0.015 2.7 VOUT = 0.1 V dc +70 100 86 VS − 0.020 2 V Ω 250 1 kHz V/µs 2.3 110 µV p-p nV/√Hz 0.5005 ±1 VS − 0.020 V/V mV/V V 5.5 2.6 V mA dB +125 °C 80 工作温度范围 当VREF1和VREF2用作电源之间的分压器时，失调调整与电源成比率关系。 Rev. 0 | Page 3 of 16 −40 µA V dB dB AD8418 绝对最大额定值 表3. 参数 电源电压 输入电压范围 连续 耐压范围 差分输入耐压范围 反向电源电压 ESD人体模型(HBM) 工作温度范围 存储温度范围 输出短路持续时间 额定值 6V −2 V至+70 V −4 V至+85 V ±5.5 V 0.3 V ±2000 V −40°C至+125°C −65°C至+150°C 未定 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性 损坏。这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任何其 他超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，推断器 件能否正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影 响器件的可靠性。 ESD警告 ESD(静电放电)敏感器件。 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。尽 管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇到高能量 ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采取适当的ESD 防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。 Rev. 0 | Page 4 of 16 AD8418 引脚配置和功能描述 VREF 2 3 8 +IN AD8418 7 TOP VIEW (Not to Scale) VREF 1 6 VS 5 OUT NC 4 NC = NO CONNECT. DO NOT CONNECT TO THIS PIN. 11546-002 –IN 1 GND 2 图2. 引脚配置 表4. 引脚功能描述 引脚编号 1 2 3 4 5 6 7 8 引脚名称 说明 负输入。 地。 基准电压输入2。 不连接。请勿连接该引脚。 输出。 电源电压。 基准电压输入1。 正输入。 −IN GND VREF2 NC OUT VS VREF1 +IN Rev. 0 | Page 5 of 16 AD8418 10 40 8 30 6 20 10 4 0 2 GAIN (dB) 0 –2 –10 –20 –30 –4 –40 –6 –50 –8 –60 –25 –10 5 20 35 50 65 80 95 110 125 TEMPERATURE (°C) –70 1k 11546-003 –10 –40 10k 100k 1M 10M FREQUENCY (Hz) 11546-006 OFFSET VOLTAGE (µV) 引脚配置和功能描述 图6. 典型小信号带宽(VOUT = 200 mV p-p) 图3. 典型失调漂移与温度的关系 20 110 18 100 TOTAL OUTPUT ERROR (%) 16 CMRR (dB) 90 80 70 14 12 10 8 6 4 2 60 1k 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 11546-004 100 –2 0.5 15 20 25 30 35 40 VS = 5V 0.4 BIAS CURRENT PER INPUT PIN (mA) 400 300 200 100 0 –100 –200 –300 0.3 0.2 +IN 0.1 0 –IN –0.1 –0.2 –0.3 –25 –10 5 20 35 50 65 80 TEMPERATURE (°C) 95 110 125 –0.5 –4 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 VCM (V) 图8. 每个输入引脚的偏置电流与共模电压(VCM )的关系 图5. 典型增益误差与温度的关系 Rev. 0 | Page 6 of 16 11546-008 –0.4 –400 11546-005 GAIN ERROR (µV/V) 10 图7. 总输出误差与差分输入电压的关系 NORMALIZED AT 25°C –500 –40 5 DIFFERENTIAL INPUT VOLTAGE (mV) 图4. 典型CMRR与频率的关系 500 0 11546-007 0 50 10 AD8418 2.0 1.9 25mV/DIV 1.7 VS = 5V 1.6 INPUT 1.5 1.4 500mV/DIV 1.3 1.2 VS = 2.7V OUTPUT 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V) VS = 2.7V 11546-009 TIME (1µs/DIV) 图12. 下降时间(VS = 2.7 V) 图9. 电源电流与输入共模电压的关系 INPUT 25mV/DIV INPUT 25mV/DIV 500mV/DIV OUTPUT OUTPUT 500mV/DIV VS = 5V 11546-010 VS = 2.7V TIME (1µs/DIV) TIME (1µs/DIV) 11546-013 1.0 –5 0 11546-012 1.1 图13. 下降时间(VS = 5 V) 图11. 上升时间(VS = 5 V) INPUT INPUT 100mV/DIV 25mV/DIV OUTPUT OUTPUT VS = 5V TIME (1µs/DIV) VS = 2.7V TIME (1µs/DIV) 图14. 差分过载恢复时间(上升，VS = 2.7 V) 图10. 上升时间(VS = 2.7 V) Rev. 0 | Page 7 of 16 11546-014 1V/DIV 500mV/DIV 11546-011 SUPPLY CURRENT (mA) 1.8 AD8418 INPUT 100mV/DIV OUTPUT 200mV/DIV OUTPUT 40V/DIV INPUT COMMON MODE 11546-018 VS = 5V TIME (1µs/DIV) 11546-015 2V/DIV TIME (4µs/DIV) 图15. 差分过载恢复时间(上升，VS = 5 V) 图18. 输入共模阶跃响应(VS = 5 V，输入短路) INPUT 1V/DIV VS = 2.7V TIME (1µs/DIV) 50 5V 40 2.7V 30 20 10 0 –40 11546-016 OUTPUT 60 –25 –10 5 20 35 50 65 80 95 110 125 11546-019 100mV/DIV 110 125 11546-020 MAXIMUM OUTPUT SINK CURRENT (mA) 70 TEMPERATURE (°C) 图16. 差分过载恢复时间(下降，VS = 2.7 V) 图19. 最大输出吸电流与温度的关系 MAXIMUM OUTPUT SOURCE CURRENT (mA) 35 200mV/DIV INPUT 2V/DIV VS = 5V TIME (1µs/DIV) 25 5V 20 2.7V 15 10 5 0 –40 11546-017 OUTPUT 30 –25 –10 5 20 35 50 65 80 95 TEMPERATURE (°C) 图17. 差分过载恢复时间(下降，VS = 5 V) 图20. 最大输出源电流与温度的关系 Rev. 0 | Page 8 of 16 AD8418 0 0.4 0.3 –100 0.2 CMRR (µV/V) –150 –200 –250 –300 0.1 0 –0.1 –350 –0.2 –400 –500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 OUTPUT SOURCE CURRENT (mA) –0.4 –40 –25 –10 5 20 35 50 65 80 95 110 125 TEMPERATURE (°C) 11546-023 –0.3 –450 11546-021 VOLTAGE FROM POSITIVE RAIL (mV) –50 图24. CMRR与温度的关系 图21.输出电压距离正电源轨的范围与输出源电流的关系 200 1800 160 1500 140 1200 120 HITS VOLTAGE FROM GROUND (mV) 180 100 900 80 600 60 40 300 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 OUTPUT SINK CURRENT (mA) 图22.输出电压距离地的范围与输出吸电流的关系 1800 +125°C +25°C –40°C VS = 5V 900 600 300 –200 –100 0 100 VOS (µV) 200 300 400 11546-024 HITS 1200 –300 –6 –4 –2 0 2 GAIN ERROR DRIFT (PPM/°C) 图25. 增益漂移分布图 1500 0 –400 0 –8 图23. 失调电压分布 Rev. 0 | Page 9 of 16 4 6 8 11546-125 0 11546-022 20 AD8418 工作原理 AD8418是一款单电源、零漂移差动放大器，采用独特的架 构，可在快速变化的共模电压情况下精确放大小差分输入 电压。 基准输入VREF1和VREF2通过100 kΩ电阻连接到主放大器的正 输入端，输出偏移可调整到输出工作范围的任意位置。当 基准引脚并联使用时，从基准引脚到输出的增益为1 V/V。当 基准引脚用作电源分压器时，增益为0.5 V/V。 在典型应用中，AD8418用于以20 V/V的增益放大连接到其 输入端的采样电阻上的电压，从而测量电流(参见图26)。 AD8418不仅提供突破性的性能，而且能够充分满足电磁阀 或电机控制的典型应用需求。抑制PWM输入共模电压的 能力和提供低失调、低漂移的零漂移架构，使得AD8418能 够为这些高要求应用提供最高的精度。 AD8418设计用于提供出色的共模抑制性能，即便是在以极 快速率(例如1 V/ns)改变的PWM共模输入情况下。AD8418包 含专利技术，可消除如此快速变化的外部共模输入的不利 影响。 AD8418的输入失调漂移小于500 nV/°C，这一性能是通过新 颖的零漂移架构实现的，但它并不影响带宽(额定值通常为 250 kHz)。 VCM = –2V TO +70V VS = 2.7V TO 5.5V 70V VS VREF 1 AD8418 VCM +IN 0V ISHUNT EMI FILTER 50A VOUT + OUT G = 20 RSHUNT –IN VS VS/2 EMI FILTER – ISHUNT –50A VREF 2 图26. 典型应用 Rev. 0 | Page 10 of 16 11546-225 0V GND AD8418 输出偏移调整 AD8418的输出可针对单向或双向操作进行调整。 以VS为参考的输出 单向操作 两个基准引脚均接正电源时，器件便在这种模式下工作。 在电源供电给负载前，当诊断方案要求检测放大器和接线 时，通常使用这种模式(参见图28)。 VS 对于单向操作，当差分输入为0 V时，输出可以设置在负电 源轨(接近地)或正电源轨(接近VS)。施加正确极性的差分 输入电压时，输出移向相反的电源轨。差分输入的极性要 求取决于输出电压设置。如果输出设置在正电源轨，输入 极性必须为负才能下移输出。如果输出设置在地，输入极 性必须为正才能上移输出。 AD8418 R4 –IN +IN R1 – OUT + R2 VREF 1 R3 以地为参考的输出 VREF 2 在这种模式下使用AD8418时，两路基准输入均接地，当差 分输入为0 V时，输出落在负电源轨(参见图27)。 GND VS 图28. 以VS 为基准的输出 双向操作 AD8418 双操作允许AD8418测量采样电阻中沿两个方向流动的电流。 R4 +IN R1 – 这种情况下，输出看设置在输出范围内的任意位置。通 常，它设置在半量程处，使得两个方向的范围相同。但在 某些情况下，如果双向电流是不对称的，可将其设置为非 半量程的电压。 OUT + R2 VREF 1 R3 VREF 2 输出调整通过施加电压于基准输入来实现。 GND 11546-025 –IN 11546-026 单向操作允许AD8418测量采样电阻中沿一个方向流动的电 流。单向操作的基本模式有以地为参考的输出模式和以VS 为参考的输出模式。 VREF1和VREF2连接到与内部偏移节点相连的内部电阻。引 脚之间在操作上无差别。 图27. 以地为参考的输出 Rev. 0 | Page 11 of 16 AD8418 VS 采用外部基准电压源的输出 将两个基准引脚连在一起，然后连接到一个基准电压源， 当无差分输入时，所产生的输出等于基准电压(参见图29)。当 输入相对于−IN引脚为负时，输出从基准电压下移；当输 入相对于−IN引脚为正时，输出上移。 AD8418 R4 –IN +IN VS R1 – OUT + R2 VREF 1 R3 VREF 2 GND R4 –IN +IN R1 11546-028 AD8418 – OUT 图30. 平分电源 + R2 平分外部基准电压源 VREF 1 R3 2.5V GND 11546-027 VREF 2 图29. 采用外部基准电压源的输出 内部基准电阻可用来将外部基准电压源降低一半，分压精 度约为0.5%。平分外部基准电压源的做法是将一个VREFx引 脚连接到地，将另一个VREFX引脚连接到该基准电压源(参 见图31)。 VS 平分电源 AD8418 R4 –IN +IN R1 – OUT + R2 VREF 1 R3 VREF 2 GND 图31. 平分外部基准电压源 Rev. 0 | Page 12 of 16 5V 11546-029 将一个基准引脚连接到VS，将另一个基准引脚连接到地引 脚，当无差分输入时，输出设置在电源的一半处(参见图30)。 这样做的好处是，对于双向电流测量，输出偏移不需要外 部基准电压源。一个基准引脚连接到VS，另一个连接到地 引脚时，将产生与电源成比例的半量程偏移。这意味着， 如果电源提高或降低，输出仍然是电源的一半。例如，如 果电源为5.0 V，输出将是半量程或2.5 V；如果电源提高10%(至 5.5 V)，输出将变为2.75 V。 AD8418 应用信息 电机控制 三相电机控制 AD8418非常适合监控三相电机应用的电流。 AD8418具有250 kHz的典型带宽，可监控瞬时电流。此外， 其典型失调漂移低至0.1 µV/°C，这意味着在整个温度范围内， 两个电机相位之间的测量误差非常小。AD8418可抑制−2 V 到+70 V(采用5 V电源)范围内的PWM输入共模电压。通过监 控电机相位的电流，可在任意点对电流进行采样，并提供 诸如短路到GND或电池之类的信息。采用AD8418的典型 相位电流测量设置参见图33。 运算放大器更好的解决方案，因为在此类应用中，地通常 不是稳定的参考电压。采用以地参考的简单运算放大器进 行测量时，地参考的不稳定性会导致测量不精确。随着H 电桥切换，电机改变方向，AD8418可测量两个方向上的电 流。AD8418的输出配置为采用外部基准电压源的双向模式 (参见“双向操作”部分)。 CONTROLLER 5V +IN MOTOR VREF 1 VS OUT AD8418 H电桥电机控制 SHUNT –IN AD8418的另一种典型应用是用作H电桥电机控制环路的一 部分。这种情况下，采样电阻置于H电桥的中间，利用电 机提供的采样电阻，便可精确测量两个方向上的电流(参见 图32)。使用放大器和该位置的采样电阻是比以地为参考的 GND VREF 2 11546-030 图32. H电桥电机控制 IU IV IW M 5V 5V V– AD8418 AD8418 CONTROLLER BIDIRECTIONAL CURRENT MEASUREMENT REJECTION OF HIGH PWM COMMON-MODE VOLTAGE (–2V TO +70V) AMPLIFICATION HIGH OUTPUT DRIVE 图33. 三相电机控制 Rev. 0 | Page 13 of 16 11546-031 OPTIONAL PART FOR OVERCURRENT PROTECTION AND FAST (DIRECT) SHUTDOWN OF POWER STAGE INTERFACE CIRCUIT 5V 2.5V V+ AD8214 NC AD8418 4 4 11546-033 GND –IN –IN 11546-032 NC = NO CONNECT. 图34. 低边开关 8 7 OUT VS 3 3 NC 2 2 1 在高轨电流检测配置中，采样电阻以电池为参考。电流检 测放大器的输入端存在高压。当采样电阻以电池为参考时， AD8418产生以地为基准的线性模拟输出。此外，AD8214 可用来在短至100 ns的时间内提供过流检测信号(参见图36)。 对于过流条件下必须快速关断的大电流系统，该特性很 有用。 5 6 VREF 2 1 –IN SWITCH INDUCTIVE LOAD NC CLAMP DIODE 高轨电流检测 OUTPUT AD8418 SHUNT AD8418 SHUNT NC GND 7 OUT VREF 1 +IN 8 5 图35. 高边开关 – GND BATTERY INDUCTIVE LOAD 6 NC = NO CONNECT. 5V CLAMP DIODE 7 8 OUTPUT – 在该电路配置中，当开关闭合时，共模电压下移至负轨附 近。当开关断开时，感性负载上的电压反向导致共模电压 被箝位二极管保持在比电池电压高一个二极管压降的电平。 + +IN + VREF2 BATTERY VREF 1 SWITCH 对于带低边开关的高边电流检测，PWM控制开关以地为 参考。感性负载(电磁阀)连接到电源。开关和负载之间放 置一个采样电阻(参见图34)。将采样电阻放在高边的好处 是可以测量全部电流，包括循环电流，因为当开关断开时， 采样电阻仍在环路内。此外，高边采样电阻还能检测短路 接地，从而增强诊断能力。 VS 带低边开关的高边电流检测 OUT 5V 电磁阀控制 6 OVERCURRENT DETECTION (