CA-IS1200G

CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 Version 1.00, 2022/01/17 CA-IS1200 用于电流检测的隔离式运放 • • • 差分输入电压范围：±250 mV 固定初始增益：8 低输入失调和温漂：25°C 时±1 mV（最大值） ，±4 μV/°C（最大值） 低增益误差和温漂： 25°C 时±0.5%（最大值） ，±50 ppm/°C（最大值） 低非线性度和温漂： 额定范围内 0.01%（典型值） ，±1 ppm/°C（典型 值） 高边和低边均支持 3.3 V 和 5 V 供电电压 高共模瞬态抗扰度：±150 kV/µs（典型值） 宽工作温度范围：–40°C 到 125°C 安全和法规认证（申请中） ▪ 符合 DIN V VDE V 0884-11 (VDE V 0884-11): 2017-01 标准的 7070 VPK (CA-IS1200G)隔离耐压 ▪ 符合 UL 1577 认证， 1 分钟 5000 VRMS (CAIS1200G) ▪ CQC 和 TUV 相关认证 • • • • • • 2 应用 • • • 工业电机控制和驱动 隔离式开关电源 不间断电源 3 概述 CA-IS1200 器件是为基于分流电阻的电流检测而优化的 高精度隔离式运放。低的失调和增益误差以及相关温漂 能够在全工作温度范围内保持测量的精度。 域分开从而防止低压器件被损坏，同时提供低辐射和高 磁场抗扰度。高共模瞬态抗扰度（CMTI）意味着 CAIS1200 器件在隔离层之间正确地传递信号，适合要求高 压、大功率开关的工业电机控制和驱动应用场合。器件 内部输入共模过压和高边电源丢失检测功能有助于故障 诊断和系统安全。 CA-IS1200 器件采用 DUB8 或者宽体八脚 SOIC 封装 ，支 持在额定扩展工业温度范围内（–40°C 到 125°C）正常 工作。 器件信息 器件型号 封装 封装尺寸（标称值） CA-IS1200U DUB8 (U) 9.20 mm × 6.35 mm CA-IS1200G SOIC8-WB (G) 5.85 mm × 7.50 mm 简化电路图 Isolated Supply Low-side Supply VDD1 VINP VINN VDD2 Isolation Barrier 产品特性 Rshunt 1 GND1 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 ADC VOUTN GND2 CA-IS1200 CA-IS1200 器件采用二氧化硅（SiO2）作为隔离层，支持 符合 UL 1577 认证的高达 3750 VRMS（CA-IS1200U）或 5000 VRMS（CA-IS1200G）的电气隔离。该技术将高低压 VOUTP CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 Version 1.00, 2022/01/17 订购指南 4 表 4-1 有效订购零件编号 2 订购型号 额定输入范围 隔离等级 封装 CA-IS1200U CA-IS1200G ±250 mV ±250 mV 3750 VRMS 5000 VRMS DUB8 SOIC8-WB Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 Version 1.00, 2022/01/17 目录 1 2 3 4 5 6 7 产品特性 ............................................................1 应用 ...................................................................1 概述 ...................................................................1 订购指南 ............................................................2 修订历史 ............................................................3 引脚功能描述 ....................................................4 产品规格 ............................................................5 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 绝对最大额定值 1 ..............................................5 ESD 额定值 .........................................................5 建议工作条件.....................................................5 热工特性.............................................................5 功率额定值.........................................................5 隔离特性.............................................................6 相关安全认证.....................................................7 电气特性.............................................................8 典型特性...........................................................10 8 9 参数测量信息 .................................................. 15 详细说明 .......................................................... 16 5 修订历史 修订版本号 Version 1.00 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 9.1 9.2 系统概述 .......................................................... 16 特点描述 .......................................................... 16 9.2.1 9.2.2 9.2.3 应用信息 ................................................... 18 10 10.1.1 10.1.2 10.1.3 10.1.4 10.1.5 10.1.6 10.1.7 11.1 11.2 修订内容 NA 电流检测的典型应用 ................................. 18 选择合适的 Rshunt ........................................ 18 输入滤波器 ................................................. 18 电源供电推荐 ............................................. 19 输出滤波器 ................................................. 19 电压检测的误差分析 ................................. 19 注意事项 ..................................................... 20 封装信息 ................................................... 21 11 12 13 14 模拟输入 ......................................................... 16 隔离层的信号传输.......................................... 16 安全故障输出 ................................................. 17 DUB8 封装外形尺寸 ........................................ 21 SOIC8 宽体封装外形尺寸 ................................ 22 焊接信息 ................................................... 23 卷带信息 ................................................... 24 重要声明 ................................................... 25 页码 NA 3 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 Version 1.00, 2022/01/17 引脚功能描述 6 VDD1 1 VINP 2 VINN 3 GND1 4 CA-IS1200U Top View (Not to Scale) 8 VDD2 VDD1 1 7 VOUTP VINP 2 6 VOUTN VINN 3 5 GND2 GND1 4 CA-IS1200G Top View (Not to Scale) 8 VDD2 7 VOUTP 6 VOUTN 5 GND2 图 6-1 CA-IS1200 引脚配置 引脚名称 VDD1 VINP VINN GND1 GND2 VOUTN VOUTP VDD2 4 引脚编号 1 2 3 4 5 6 7 8 表 6-1 CA-IS1200 引脚功能描述 引脚类型 描述 电源 高边供电电源，3 V 到 5.5 V 输入 同相模拟输入 输入 反相模拟输入 地 高边地 地 低边地 输出 反相模拟输出 输出 同相模拟输出 电源 低边供电电源，3 V 到 5.5 V Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 7 产品规格 7.1 Version 1.00, 2022/01/17 绝对最大额定值 1 参数 最小值 最大值 单位 VDD1 或 VDD2 电源电压 2 –0.5 6.5 V VINP 或 VINN 模拟输入电压 GND1 – 6 6.5 V 3 VOUTP 或 VOUTN 模拟输出电压 GND2 – 0.5 VDD2 + 0.5 V IIN 输入电流至除电源外的任何引脚 –10 10 mA TJ 结温 150 °C TSTG 存储温度 –65 150 °C 备注： 1. 等于或超出上述绝对最大额定值可能会导致产品永久性损坏。这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任何其它超出本技术规 范操作章节中所示规格的条件下，推断产品能否正常工作。长期在超出最大额定值条件下工作会影响产品的可靠性。 2. 所有电压均参照各自的地（GND1 或 GND2）且为峰值电压。 3. 最大电压不得超过 6.5 V。 7.2 ESD 额定值 VESD 静电放电 7.3 器件充电模型（CDM） ，根据 JEDEC 规范 JESD22-C101，所有引脚 ±2000 参数 高边供电电压，参照 GND1 低边供电电压，参照 GND2 工作环境温度 最小值 3.0 3.0 –40 V 典型值 5.0 3.3 最大值 5.5 5.5 125 单位 V V °C 热工特性 数值 (U) 73.3 63.2 43.0 27.4 42.7 NA 热量参数 RθJA RθJC(top) RθJB ψJT ψJB RθJC(bottom) 7.5 单位 建议工作条件 VDD1 VDD2 TA 7.4 人体模型 （HBM） ， 根据 ANSI/ESDA/JEDEC JS-001，所有引脚 数值 ±4000 芯片结到环境的热阻 芯片结到壳（顶部）的热阻 芯片结到板的热阻 芯片结到顶部的特征参数 芯片结到板的特征参数 芯片结到壳（底部）的热阻 数值 (G) 110.1 51.7 66.4 16.0 64.5 NA 单位 °C/W °C/W °C/W °C/W °C/W °C/W 功率额定值 参数 PD 芯片最大功率损耗 PD1 高边最大功率损耗 PD2 低边最大功率损耗 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 测试条件 VDD1 = VDD2 = 5.5 V VDD1 = VDD2 = 3.6 V VDD1 = 5.5 V VDD1 = 3.6 V VDD2 = 5.5 V VDD2 = 3.6 V 数值 129.25 76.32 85.25 50.40 44.00 25.92 单位 mW mW mW 5 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 Version 1.00, 2022/01/17 7.6 隔离特性 参数 CLR CPG DTI CTI 外部气隙（间隙）1 外部爬电距离 1 隔离距离 相对漏电指数 材料组 IEC 60664-1 过压类别 DIN V VDE V 0884-11: 2017-012 VIORM 最大重复峰值隔离电压 VIOWM 最大工作隔离电压 VIOTM 最大瞬态隔离电压 VIOSM 最大浪涌隔离电压 3 qpd 表征电荷 4 CIO 栅电容，输入到输出 5 RIO 绝缘电阻 测试条件 测量输入端至输出端，隔空最短距离 测量输入端至输出端，沿壳体最短距离 最小内部间隙 （内部距离) DIN EN 60112 (VDE 0303-11)；IEC 60112 根据 IEC 60664-1 额定市电电压≤ 300 VRMS 额定市电电压≤ 400 VRMS 额定市电电压 ≤ 600 VRMS 交流电压（双极) 交流电压；时间相关的介质击穿（TDDB）测试 直流电压 VTEST = VIOTM， t = 60 s（认证） VTEST = 1.2 × VIOTM t = 1 s（100% 量产测试） 测试方法根据 IEC 60065，1.2/50 μs 波形， VTEST = 1.6 × VIOSM（认证） 方法 a，输入/输出安全测试子类 2/3 后， Vini = VIOTM，tini = 60 s； Vpd(m) = 1.2 × VIORM，tm = 10 s 方法 a，环境测试子类 1 后 Vini = VIOTM，tini = 60 s； Vpd(m) = 1.6 × VIORM，tm = 10 s 方法 b1，常规测试 （100% 量产测试） 和前期 预处理（抽样测试） Vini = 1.2 × VIOTM，tini = 1 s Vpd(m) = 1.875 × VIORM，tm = 1 s VIO = 0.4 × sin (2πft)，f = 1 MHz VIO = 500 V，TA = 25°C VIO = 500 V，100°C ≤ TA ≤ 125°C VIO = 500 V，TS = 150°C 污染度 数值 (U) 6.1 6.8 28 > 600 I I-IV I-IV I-III 数值 (G) 8 8 28 > 600 I I-IV I-IV I-III 1414 1000 1414 1414 1000 1414 VPK VRMS VDC 5300 7070 VPK 5000 6250 VPK ≤5 ≤5 ≤5 ≤5 ≤5 ≤5 ~1 > 1012 > 1011 > 109 2 ~1 > 1012 > 1011 > 109 2 pF 3750 5000 VRMS 单位 mm mm μm V pC Ω UL 1577 VISO 最大隔离电压 VTEST = VISO， t = 60 s（认证） VTEST = 1.2 × VISO，t = 1 s （100% 量产测试） 备注: 1. 根据应用的特定设备隔离标准应用爬电距离和间隙要求。 注意保持电路板设计的爬电距离和间隙距离，以确保印刷电路板上隔离 器的安装焊盘不会缩短该距离。 在某些情况下印刷电路板上的爬电距离和间隙变得相等。 诸如在印刷电路板上插入凹槽的技术 用于帮助增加这些规格。 2. 这种耦合器只适用于在最大工作额定值范围内的基本电气绝缘。应通过适当的保护电路确保符合安全额定值。 3. 测试在空气或油中进行，以确定隔离屏障的固有浪涌抗扰度。 4. 表征电荷是由局部放电引起的放电电荷（pd） 。 5. 栅两侧的所有引脚连接在一起，形成双端子器件。 6 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 7.7 相关安全认证 VDE（申请中） 根据 DIN V VDE V 0884-11: 201701 认证 Version 1.00, 2022/01/17 UL （申请中） 根据 UL 1577 器件认可程序认 证 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 CQC （申请中） 根据 GB4943.1-2011 认证 TUV（申请中） 根据 EN 61010-1: 2010 (3rd Ed) 和 EN 609501:2006/A2: 2013 认证 7 CA-IS1200U, CA-IS1200G Version 1.00, 2022/01/17 7.8 电气特性 上海川土微电子有限公司 所有最大最小值在以下条件获得：TA = –40°C 到 125°C，VDD1= 3 V 到 5.5 V，VDD2 = 3 V 到 5.5 V，VINP = –250 mV 到 250 mV，VINN = GND1 = 0 V（除非另有说明） 。所有典型值在 TA = 25°C，VDD1 = 5 V，VDD2 = 3.3 V（除非另有说明） 。 PARAMETER TEST CONDITIONS MIN TYP MAX UNIT 模拟输入 VClipping 满量程输入电压范围 VINP – VINN ±320 mV VFSR 额定线性输入电压范围 VINP – VINN –250 250 mV VDD1 – 输入共模电压范围 (VINP + VINN) / 2 到 GND1 VCM –0.16 V 2.1 VCMOV 共模过压阈值 (VINP + VINN) / 2 到 GND1 VDD1 – 2 V VCMOV_HYS 共模过压阈值迟滞窗口 100 mV 初始值，TA = 25°C 时， VOS 输入失调电压 –1 ±0.05 1 mV VINP = VINN = GND1 TCVOS 输入失调电压温漂 –4 ±1 4 μV/°C 直流， VINP = VINN –98 CMRRIN 输入共模抑制比 dB fIN = 10 kHz， VINP = VINN –98 CIN 单端输入电容 fIN = 300 kHz， VINN = GND1 2 pF CIND 差分输入电容 fIN = 300 kHz 1 pF RIN 单端输入电阻 VINN = GND1 19 kΩ RIND 差分输入电阻 22 kΩ VINP = VINN = GND1， 输入电流 IIN –41 –30 –24 μA IIN = (IINP + IINN) / 2 TCIIN 输入电流温漂 ±1 nA/°C IINOS 输入失调电流 ±5 nA BWIN 输入带宽 1000 kHz 模拟输出 增益 1 初始值 8 V/V EG 增益误差 初始值，TA = 25°C 时 –0.5% ±0.05% 0.5% TCEG 增益误差温漂 –50 ±15 50 ppm/°C NL 非线性度 2 –0.03% ±0.01% 0.03% TCNL 非线性度温漂 ±1 ppm/°C 输出噪声 VINP = VINN = GND1，BW = 100 kHz 330 μVRMS VIN = 500 mVpp，fIN = 10 kHz，BW = THD 总谐波失真 –85 dB 100 kHz VIN = 500 mVpp，fIN = 1 kHz，BW = 10 83 kHz SNR 信噪比 dB VIN = 500 mVpp，fIN = 10 kHz，BW = 68 100 kHz VDD1 处，直流 –100 VDD1 处，100-mV、10-kHz 纹波 –90 PSRR 电源抑制比 3 dB VDD2 处，直流 –100 VDD2 处，100-mV、10-kHz 纹波 –98 VCMOUT 共模输出电压 1.39 1.45 1.51 V VFAILSAFE 安全故障差分输出电压 VCMOV ≤ VCM 或 VDD1 丢失 –2.53 –2.43 V VOUTP 或 VOUTN 短路至 VDD2 或 IOSC 输出短路电流 ±13 mA GND2 ROUT 输出电阻 在 VOUTP 或 VOUTN 处 < 0.2 Ω BWOUT 输出–3 dB 带宽 250 310 kHz CMTI 共模瞬态抗扰度 |GND1 – GND2| = 1.5 kV；见图 8-1 100 150 kV/μs 供电 VDDUV VDD 欠压阈值 VDD1 或 VDD2 上升处 2.5 2.7 V 8 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 IDD1 高边供电电流 IDD2 低边供电电流 时序 tr tf tPD VOUT 上升时间（10%–90%） VOUT 下降时间（90%–10%） VIN 到 VOUT 信号延时（50%–50%） tAS 模拟建立时间 Version 1.00, 2022/01/17 3.0 V ≤ VDD1 ≤ 3.6 V 4.5 V ≤ VDD1 ≤ 5.5 V 3.0 V ≤ VDD2 ≤ 3.6 V 4.5 V ≤ VDD2 ≤ 5.5 V 9.3 10.7 5.2 5.7 VINP = 0 到 0.25 V 阶跃；见图 8-2 VINP = 0.25 V 到 0 阶跃；见图 8-2 输出未滤波；见图 8-3 VDD1 = 0 到 3 V 阶 跃 ，3.0 V ≤ VDD2，VOUT 稳定到 0.1%的精度 1.2 1.2 1.5 500 14.0 15.5 7.2 8.0 2.1 mA mA μs μs μs μs 备注: 1. 增益定义为在额定输入范围内，在差分输入（VINP – VINN）和差分输出电压（VOUTP – VOUTN）之间使用最小二乘法求出最优直 线的斜率。 2. 非线性度定义为差分输出电压偏差峰峰值的一半和全范围差分输出电压的比值。 3. 输入参考。 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 9 CA-IS1200U, CA-IS1200G Version 1.00, 2022/01/17 7.9 典型特性 上海川土微电子有限公司 典型值测试条件：VINP = –250 mV 到 250 mV，VINN = GND1 = 0 V，VDD1 = 5 V，VDD2 = 3.3 V（除非另有说明） 。 10 图 7-1 增益误差 vs 温度 图 7-2 增益误差 vs VDD1 图 7-3 增益误差 vs VDD2 图 7-4 输入失调电压 vs 温度 图 7-5 输入失调电压 vs VDD1 图 7-6 输入失调电压 vs VDD2 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 Version 1.00, 2022/01/17 图 7-7 总谐波失真 vs 温度 @ fIN = 10 kHz 图 7-8 总谐波失真 vs VDD1 @ fIN = 10 kHz 图 7-9 总谐波失真 vs VDD2 @ fIN = 10 kHz 图 7-10 信噪比 vs 温度 @ fIN = 1 kHz 图 7-11 信噪比 vs 温度 @ fIN = 10 kHz 图 7-12 信噪比 vs VDD1 @ fIN = 10 kHz Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 11 CA-IS1200U, CA-IS1200G Version 1.00, 2022/01/17 12 上海川土微电子有限公司 图 7-13 信噪比 vs VDD2 @ fIN = 10 kHz 图 7-14 高边共模过压阈值 vs 温度 图 7-15 高边共模过压阈值窗口 vs 温度 图 7-16 低边共模输出电压 vs 温度 图 7-17 低边共模输出电压 vs VDD2 图 7-18 输出上升下降时间 vs 温度 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 Version 1.00, 2022/01/17 图 7-19 输出上升下降时间 vs VDD2 图 7-20 输入输出信号延时 vs 温度 图 7-21 输入输出信号延时 vs VDD2 图 7-22 供电电流 vs 温度 图 7-23 供电电流 vs 供电电压 图 7-24 归一化增益 vs 频率 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 13 CA-IS1200U, CA-IS1200G Version 1.00, 2022/01/17 14 上海川土微电子有限公司 图 7-25 输入共模抑制比 vs 频率 图 7-26 电源抑制比 vs 频率 图 7-27 输出 vs 输入 图 7-28 输入参考噪声密度 vs 频率 图 7-29 非线性度 vs 温度 图 7-30 非线性度 vs 供电电压 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 8 参数测量信息 Version 1.00, 2022/01/17 Isolated Supply Low-side Supply VDD1 Cdep2 VINN Cdep2 Isolation Barrier VINP VDD2 VOUTP Differential Probe Vout VOUTN Oscilloscope GND1 GND2 High Voltage Differential Probe High Voltage Surge Generator 1 备注: 1. 高压浪涌脉冲发生器产生振幅> 1 kV，上升/下降时间< 10 ns，达到共模瞬态噪声压摆率> 150 kV/μs 的重复高压脉冲。 2. Cdep 是 0.1~1 μF 解耦电容。 图 8-1 共模抑制比测试电路 0.25 V VINP - VINN 0V VOUTP 90% 10% VOUTN tr tf 图 8-2 上升和下降时间测试波形 0.25 V VINP - VINN 50% 0V tPD VOUTP 50% 50% VOUTN 图 8-3 延迟时间测试波形 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 15 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 Version 1.00, 2022/01/17 9 详细说明 9.1 系统概述 CA-IS1200 器件是为基于分流电阻的电流检测而优化的高精度隔离式运放。功能框图如图 9-1 所示。在高边，全差分运 放先对分流电阻上的压降预放大然后驱动二阶 Sigma-Delta（ΣΔ）调制器。该调制器将模拟信号转换成数字位流。为了 在基于二氧化硅的隔离层的信号传输，数字位流通过使用简单的开关键控（OOK）调制方案和高频载波进一步调制。 接收机（RX）在低边将接收到的调制信号恢复成原始的数字位流。经过 1 位数模转换器（DAC）处理后，数字位流被 送到有源低通滤波器继而产生模拟输出。为了整个芯片的同步，时钟在低边产生并发送回高边，确保所有的时钟同源。 VDD2 Barrier VDD1 High Side UVLO Low Side clk RX TX 2nd-Order Sigma-Delta Modulator VINN VCMOV Detector TX VREF_HS GND1 RX Isolation VINP 1-bit DAC OSC UVLO Active Low-Pass Filter VOUTP VOUTN VREF_LS GND2 图 9-1 CA-IS1200 功能框图 9.2 特点描述 9.2.1 模拟输入 CA-IS1200 器件使用全差分运放对分流电阻上的压降进行预放大。前端差分运放的标称增益为 4，上述增益是总增益的 一部分，并且确保在额定输入电压范围内二阶 Sigma-Delta 调制器不会饱和。上述增益通过内部高精度电阻网络设定。 数十千欧姆的输入电阻意味着如果 CA-IS1200 器件被用在输入信号源是高阻的测试应用中会带来更多的增益和失调误 差（参考电压检测的误差分析获得详细信息） 。 CA-IS1200 的 ESD 结构支持绝对最大模拟输入电压（参照 GND1）从 GND1 – 6 V 到 VDD1 + 0.5 V 。为了保证长期稳定性 和器件的性能，CA-IS1200 的差分模拟输入电压和输入共模电压必须保持在额定范围内。 9.2.2 隔离层的信号传输 CA-IS1200 器件使用简单的开关键控（OOK）调制方案在基于二氧化硅的隔离层之间传输信号。该隔离层支持高低压域 之间高达 3750 VRMS（CA-IS1200U）或 5000 VRMS（CA-IS1200G）的电气隔离。隔离通道的框图如图 9-2 所示。如图 9-3 所 示，当数字位流为高电平时，发射机（TX）通过高频载波对其进行调制，当数字位流为低电平时则不调制。接收机 （RX）解调通过隔离层的信号并将其准确地恢复成数字位流。隔离通道采用全差分电容耦合架构，对共模瞬态噪声不 敏感，因此可以最大化 CMTI 性能。该结构和相关电路同时提供低辐射和高磁场抗扰度。 16 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 Version 1.00, 2022/01/17 Transmitter (TX) Receiver (RX) Schmitt Trigger TX IN Modulator SiO2-Based Isolation Barrier Demodulator Drv RX OUT High-Freq Carrier 图 9-2 隔离通道的框图 TX IN Signal Across Isolation Barrier RX OUT 图 9-3 OOK 调制方案的工作波形示意图 9.2.3 安全故障输出 CA-IS1200 器件具备安全故障输出功能，在下列两种情况下启动： • 高边供电电压丢失； • 共模输入电压 VCM 超过共模过压阈值 VCMOV。 图 9-4 典型安全故障输出 图 9-5 典型负饱和差分输出 如图 9-4 和图 9-5 所示，安全故障输出电压比负饱和差分输出电压更负，因此两者可以被区分。该功能有助于故障诊 断和系统安全。 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 17 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 Version 1.00, 2022/01/17 10 应用信息 10.1.1 电流检测的典型应用 High Voltage Bus High-Side Gate Drive Supply 3.3 V or 5 V Gate Driver R3 QH Rshunt R1 Low-Side Gate Drive Supply Gate Driver Load PGND R2 C2 0.1 μF VDD1 C4 0.1 μF VDD2 Isolation Barrier C3 2.2 μF D1 VINN C1 VINP VOUTP R4 VOUTN GND1 C5 2.2 μF C6 ADC R5 GND2 CA-IS1200 AGND QL PGND 图 10-1 电流检测的典型应用 电流检测的典型应用如图 10-1 所示。CA-IS1200 器件被用来放大分流电阻（Rshunt）上的压降，然后将其传输至低压侧 供控制电路处理。CA-IS1200 的差分输入和高 CMTI 确保在诸如工业电机驱动等高噪声、高功率开关应用中可靠和准确 地测量。在开关时 Rshunt 到 PGND 的电压可以从 0 V 变化到高母线电压，因此隔离是必须的。CA-IS1200 器件支持高达 3750 VRMS（CA-IS1200U）或 5000 VRMS（CA-IS1200G）的电气隔离，因此十分适合高压工业应用场合。 在三相电机驱动应用中，上述电路可以被重复三次，每次对应一个相电流的测量。 10.1.2 选择合适的 Rshunt 分流电阻值的选择是功耗和测量精度之间的一种折中。小的电阻值可以减少功耗，而大的电阻值能充分利用 SigmaDelta 调制器满量程输入范围内的全部性能。 考虑下列两个限制条件来选择合适的分流电阻的值： • 由标称测量电流在 Rshunt 上产生的压降在额定线性差分输入范围（VFSR）内； • 由最大允许的电流在 Rshunt 上产生的压降一定不能超过满量程输入电压范围（|VClipping|） 。 为了获得最好的性能，将分流电阻尽可能放在靠近 CA-IS1200 的输入的位置并且保持输入连接布线的对称性。这确保 发生在高边的噪声同等耦合到输入端并作为共模信号被抑制。推荐在 Rshunt 和 CA-IS1200 的输入之间采用开尔文连接， 从而消除走线和引脚上的压降的影响。 10.1.3 输入滤波器 CA-IS1200 的典型输入带宽是 1 MHz。一阶无源 RC 低通滤波器可以被放置在 Rshunt 和器件的输入之间来缩窄带宽。选择 R1 = R2 = 10 Ω 和 C1 = 20 nF 可以提供大概 400 kHz 的截止频率。R1 和 R2 应该选择比 CA-IS1200 的输入电阻小得多的值来 减少增益误差。 18 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 Version 1.00, 2022/01/17 10.1.4 电源供电推荐 CA-IS1200 的高边电源供电可以通过使用齐纳二极管（D1）直接从高边栅极驱动的电源产生 3.3 V 或 5 V（±10%）电压。 推荐在离 CA-IS1200 的 VDD1 引脚尽可能近的位置放置 0.1 μF 低等效串联电阻的解耦电容（C2） 。额外电容（C3）被推 荐用来更好地对高边供电路径进行滤波，其值可以从 2.2 μF 到 10 μF 的范围内选择。 类似的，0.1 μF 解耦电容（C4）和从 2.2 μF 到 10 μF 的电容（C5）应该放置在离 CA-IS1200 的 VDD2 引脚尽可能近的位 置来对低边供电路径进行滤波。 10.1.5 输出滤波器 另一个一阶无源 RC 低通滤波器可以被放置在 CA-IS1200 的输出和 ADC 之间来满足潜在的抗混叠滤波的要求。该滤波器 的特性由 ADC 的结构和采样频率决定。选择 R4 = R5 = 4.7 kΩ 和 C6 = 180 pF 可以提供大概 94 kHz 的截止频率。 High Voltage Bus VDD1 R11 High Side Front-End R21 R51 IINP VINP R41 VCM = 1.875 V R31 R32 VINN R42 R61 R52 IINN To VCMOV Detector GND1 R62 PGND 图 10-2 电压检测的典型应用 10.1.6 电压检测的误差分析 如图 10-2 所示，CA-IS1200 也可以被用在电压检测的应用中。电阻 R11、R21 和 R31 组成电阻分压网络来缩小母线高压。 R11 和 R21 的值通常比 R31 大很多，保证 CA-IS1200 的输入电压在额定范围内。 在 CA-IS1200 中，电阻 R41 和 R51（或 R42 和 R52）被用来设定前端运放的增益。典型值是 R41 = R42 = 12.5 kΩ 和 R51 = R52 = 50 kΩ。电阻 R61 和 R62 被用来检测 CA-IS1200 的输入共模电压，典型值是 R61 = R62 = 100 kΩ。 首先考虑 R32 未使用的情况。CA-IS1200 在这些应用中会产生额外的增益误差和失调。一方面，CA-IS1200 有限的输入阻 抗和外部检测电阻 R31 并联，导致阻抗变化继而产生额外的增益误差。另一方面，CA-IS1200 的前端差分运放的输出共 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 19 CA-IS1200U, CA-IS1200G Version 1.00, 2022/01/17 上海川土微电子有限公司 模电压 VCM 偏置在 1.875 V，会产生偏置电流 IINP 和 IINN 流过前端电阻网络。偏置电流 IINP 同时流过 R31，而 IINN 在没有 R32 的情况下直接流向 PGND，会导致不平衡继而产生额外的失调。 为了消除偏置电流的影响，和检测电阻 R31 相同阻值的电阻 R32 被推荐加在 VINN 和 PGND 之间。电阻 R31 会带来额外的 增益误差 EGA，如式 1 计算所得。 EGA = R31 / (R31 + R41) （式 1） 为了减小上述增益误差， R31 的值（相比于 R41）应该选取得尽可能小。该增益误差也可以在系统级别的增益修调中减 小。 10.1.7 注意事项 使用时不要让 CA-IS1200 的输入悬空，若 VINP 和 VINN 均悬空，输入共模会被内部偏置拉至高电压，在一些供电电压 下可能会触发安全故障模式，可能会导致系统异常反应（参考安全故障输出获得详细信息） 。 20 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 11 封装信息 Version 1.00, 2022/01/17 11.1 DUB8 封装外形尺寸 下图描述了 CA-IS1200U 隔离式运放采用的 DUB8 封装大小尺寸。图中尺寸以毫米为单位。 图 11-1 DUB8 封装外形尺寸图 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 21 CA-IS1200U, CA-IS1200G Version 1.00, 2022/01/17 上海川土微电子有限公司 11.2 SOIC8 宽体封装外形尺寸 下图描述了 CA-IS1200G 隔离式运放采用的 SOIC8 宽体封装大小尺寸和建议焊盘尺寸。图中尺寸以毫米为单位。 5.95 5.75 8 0.60 1.27 5 2.00 7.60 7.40 11.75 11.25 10.90 PIN I ID 1 4 TOP VIEW RECOMMENDED LAND PATTERN 1.07 2.386 0.97 2.186 2.80 2.35 0.51 0.31 1.27BSC FRONT VIEW 0.46 0.36 1.0 0.50 8° 0° 2.0REF LEFT-SIDE VIEW 图 11-2 SOIC8 宽体封装外形尺寸图 22 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 12 焊接信息 Version 1.00, 2022/01/17 TP tP 最大温升速率=3°C/s TP-5°C 最大降温速率=6°C/s 封装表面温度 TL tL Tsmax Tsmin ts 时间 25°C 常温25°C到峰值TP时间 图 12-1 焊接温度曲线 简要说明 温升速率（TL=217°C 至峰值 TP） Tsmin=150°C 到 Tsmax=200°C 预热时间 ts 温度保持 217°C 以上时间 tL 峰值温度 TP 小于峰值温度 5°C 以内时间 tP 降温速率（峰值 TP 至 TL=217°C） 常温 25°C 到峰值温度 TP 时间 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 表 12-1 焊接温度参数 无铅焊接 最大 3°C/s 60~120 秒 60~150 秒 260°C 最长 30 秒 最大 6°C/s 最长 8 分钟 23 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 Version 1.00, 2022/01/17 13 卷带信息 TAPE DIMENSIONS REEL DIMENSIONS A0 B0 K0 W P1 Dimension designed to accommodate the component width Dimension designed to accommodate the component length Dimension designed to accommodate the component thickness Overall width of the carrier tape Pitch between successive cavity centers QUADRANT ASSIGNMENTS FOR PIN 1 ORIENTATION IN TAPE *All dimensions are nominal Device Package Type Package Drawing Pins SPQ CA-IS1200U CA-IS1200G DUB SOIC U G 8 8 700 1000 24 Reel Diameter (mm) 330 330 Reel Width W1 (mm) 24.4 16.4 A0 (mm) B0 (mm) K0 (mm) P1 (mm) W (mm) Pin1 Quadrant 13.1 12.05 9.75 6.15 6.0 3.3 16.0 16.0 24.0 16.0 Q1 Q1 Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 CA-IS1200U, CA-IS1200G 上海川土微电子有限公司 14 重要声明 Version 1.00, 2022/01/17 上述资料仅供参考使用，用于协助 Chipanalog 客户进行设计与研发。Chipanalog 有权在不事先通知的情况下，保 留因技术革新而改变上述资料的权利。 Chipanalog 产品全部经过出厂测试。 针对具体的实际应用，客户需负责自行评估，并确定是否适用。Chipanalog 对客户使用所述资源的授权仅限于开发所涉及 Chipanalog 产品的相关应用。 除此之外不得复制或展示所述资源， 如 因使用所述资源而产生任何索赔、 赔偿、 成本、 损失及债务等， Chipanalog 对此概不负责。 商标信息 Chipanalog Inc.®、Chipanalog®为 Chipanalog 的注册商标。 http://www.chipanalog.com Copyright © 2021, Chipanalog Incorporated 上海川土微电子有限公司 25