摘要：本應用筆記幫助系統設計人員正確選擇配合MAX16946遠端天線穩壓器和檢流放大器（CSA）使用的外部元件，確保汽車天線檢測子系統滿足目標要求。文中提供了一個電子計算器，幫助計算MAX16946外部關鍵元件的參數。計算器還用于確定器件的工作范圍和模擬輸出電壓精度。

引言

MAX16946是一款帶有高精度檢流放大器（CSA）的高壓穩壓器，設計提供汽車遠端無線電天線的隱含電源。器件提供短路保護、限流保護和負載開路檢測。限流保護和負載開路保護的電流門限可由外部電阻設置。為確保天線檢測電路滿足目標要求，工程師必須正確選擇外部元件。

圖1所示為MAX16946的典型應用，主要外部元件及其功能如下：

RSENSE為電阻，通過該電阻檢測負載電流，CSA測量并放大該電阻上的電壓。因此，檢流電阻對于確定總體系統精度非常重要。

R5和R6設置穩壓器輸出電壓。

COMP的外部電容確保穩壓器在任何工作條件下的穩定性。

R1和R2設置故障條件期間的電流門限，如果電流維持在電流門限的時間達到屏蔽時間100ms （最小），則關斷輸出，觸發/SC輸出低電平，1100ms后重試。

R3和R4設置負載開路檢測門限，負載電流低于該門限時，觸發/OL輸出低電平。

當輸出關閉，LOUT試圖保持電流時，肖特基二極管DOUT為MAX16946 OUT引腳提供瞬態負壓保護。如果沒有該二極管，OUT可能在其絕對最大電壓以下-0.3V處，而這是不允許的。

圖1. MAX16946遠端天線CSA和開關的典型工作電路

將CSA和開關用于天線時，設計者通常必須確定工作負載、正常工作條件、短路及限流的范圍（圖2）。此外，必須驗證CSA模擬輸出電壓的精度。

圖2. 檢流放大器的工作范圍

利用MAX16946計算器確定正確的檢流電阻及電阻分壓器，這些電阻值用于設置限流和負載開路門限。計算器考慮了外部元件和MAX16946的容限。通過計算每個設計參數的容限范圍，設計人員可確保設計參數在系統指標規定的范圍內。

計算檢流電阻

理想情況下，最大負載電流在檢流電阻RSENSE上產生滿幅檢測電壓（圖1）。上限由短路電流門限1.7V表示，相當于AOUT。應用中的最大負載電流不應超過短路電流門限，否則會錯誤地指示短路條件。使用下式計算RSENSE初值：

（式1）

式中，1.7V為短路電流門限，0.4V為AOUT的零電流偏壓，26V/V為檢流放大器增益，ISC為短路電流門限。

由于檢流電阻具有一定容限，標稱值將低于式1計算的數值。按下式計算容限：

（式2）

式中，RSENSE為式1計算的檢流電阻值，RSENSE-TOLERANCE為檢流電阻的容限。

通常為RSENSE（NOM）選擇最接近下限的標準電阻。或者，使用串聯或并聯電阻構成檢流電阻的最優值。

計算短路電流檢測范圍

選擇檢流電阻的標稱值后，接下來需要確定通過檢流電阻的典型電流。該電流允許檢測短路條件，計算如下：

（式3）

式中，RSENSE（NOM）為上面選擇的檢流電阻。

然而，由于短路電流門限（1.7V）、CSA增益（26V/V）和AOUT零電流偏壓（0.4V）的容限互不相關（即彼此的最小和最大值獨立變化），所以ISC將在特定范圍內變化。該范圍限制在：

（式4）

及

（式5）

式中，RSENSE（MAX）為檢流電阻的最大值（包括其容限），RSENSE（MIN）為標稱值。所以，電流介于ISC（MIN）和ISC（MAX）之間時，將觸發短路標識（/SC）報警。

設置輸出電壓

圖1中的電阻R5和R6設置MAX16946的輸出電壓。決定這些電阻值的公式為：

（式6）

式中，VFB為穩壓范圍內的反饋引腳電壓（標稱值為1V）。所以，輸出電壓的最小值和最大值為：

（式7）

及

（式8）

式中，VFB（MIN）為0.97V，VFB（MAX）為1.03V （電流范圍為5mA至150mA）。R5（MAX）、R5（MIN）、R6（MAX）和R6（MIN）分別為R5和R6的最大和最小值。

注意，將FB引腳連接至REG時，輸出電壓設置為8.5V。這種模式下，由于無需考慮外部電阻的容限，輸出電壓精度最高。

設置限流范圍

AOUT電壓達到LIM引腳電壓（由REF、LIM和GND之間的電阻分壓器設置）時，MAX16946將限制其輸出電流。標稱REF電壓為3V，按照下式計算：

（式9）

式中，ILIM為預期限流門限，為R1選擇標準值100kΩ。R2計算如下：

（式10）

考慮到不相關容限，最差情況下的限流范圍為：

（式11）

及

（式12）

式中，R1（MAX）、R1（MIN）、R2（MAX）和2（MIN）分別為R1和R2的最大值和最小值。

設置負載開路檢測門限

MAX16946的負載開路門限可利用REF、OLT和GND之間的電阻分壓器設置，計算公式如下：

（式13）

式中，IOL為預期的負載開路門限，R3選擇標準值100kΩ，R4計算如下：

（式14）

確定R3和R4后，可利用下式計算負載開路檢流門限的范圍：

（式15）

及

（式16）

式中，R3（MAX）、R3（MIN）、R4（MAX）和R4（MIN）分別為R3和R4的最大值和最小值。

利用AOUT電壓測量輸出電流

已知檢流電阻RSENSE和負載電流ILOAD，即可計算CSA輸出AOUT測得的電壓范圍（最差條件下）。AOUT電壓的一般表達式為：

（式17）

如果考慮全部元件的不相關容限，AOUT電壓將介于以下公式之間：

（式18）

及

（式19）

也就是說，檢測電流對應的AOUT電壓波動介于VAOUT（MIN）和VAOUT（MAX）之間。

正常情況下，利用微控制器的ADC測量AOUT電壓，然后根據所有參數的標稱值計算負載電流。采用以上計算的最差情況AOUT電壓，微控制器計算的電流在以下兩個數值范圍內：

（式20）

及

（式21）

ADC測量電流的容限ITOL為：

（式22）

計算示例

下例中，我們以天線隱含電源應用為例，正常工作范圍的上限設置為100mA，天線需要5V穩壓電源。如果我們將短路門限設置為高出10%，為110mA，那么檢流電阻的初始值為：

（式23）

采用容限為1%的電阻，檢流電阻的最大標稱值為：

（式24）

如果選擇次低的E12系列值0.39Ω，則可計算利用該電阻進行短路檢測的典型值：

（式25）

短路門限

可利用最小和最大檢流電阻（0.386Ω和0.394Ω，假設使用1%容限型）確定短路檢測門限的最小和最大值：

（式26）

及

（式27）

輸出電壓

根據下式，通過選擇電阻R6 （首先選擇R5的值為22kΩ），將輸出電壓設置為5V：

（式28）

如果選擇最接近的E12系列電阻5600Ω，標稱輸出電壓將為4.93V，輸出波動范圍為：

（式29）

及

（式30）

限流

接下來，我們可以選擇設置輸出限流電阻。假設限流值大約為200mA，R1采用100kΩ電阻：

（式31）

選擇最接近的E12標準值390kΩ，實際限流值則為0.196A。考慮所有元件容限，并假設采用1%精度電阻，限流范圍的最小和最大值為：

（式32）

及

（式33）

負載開路檢測門限

為將負載開路檢測電流的標稱值設置為10mA，利用下式選擇R4 （選擇R3的值為100kΩ）：

（式34）

為R4選擇標準電阻20kΩ，計算負載開路門限的最小和最大值：

（式35）

及

（式36）

AOUT精度

為評估模擬輸出（AOUT）精度，我們假設選擇與以上相同的檢流電阻（0.39Ω），評估負載電流為100mA時的精度。此時，AOUT電壓的最小和最大值為：

（式37）

及

（式38）

帶入這些電壓，利用微控制器軟件將電壓換算為電流（即使用數據資料中的典型值），評估電流范圍介于：

（式39）

及

（式40）

因此，微控制器測量值的誤差范圍在100mA時，為±6.7%。計算該范圍時未考慮ADC測量的其它誤差，例如：基準誤差、量化誤差等。