CN0218

回路は4チャンネル・アイソレータADuM5402 によって直流絶縁されます。この絶縁は回路を保護するだけでなく後段の回路を高同相電圧から絶縁します。デジタル・アイソレータADuM5402は出力データを絶縁するだけでなく、絶縁された+3.3 V電源を回路に供給します。

AD7171からの測定結果はデジタル・コードとして単純な2線、SPI互換のシリアル・インターフェースを通して提供されます。

この部品の組み合わせにより少数の部品数、低価格、低消費電力で高精度、高電圧、正レールの電流検出回路が得られます。

AD8212のプロセスは、ブレークダウン電圧限界が65 Vです。このため、同相電圧は65 V以下に保たなければなりません。しかし外付けPNP BJTトランジスタを使用する事により、（トランジスタのブレークダウン電圧の助けにより）同相電圧範囲を500 V以上に高くする事ができます。

この動作モードで、AD8212回路の電源電流((I_BIAS)は、一意に電源範囲と選んだ抵抗R_BIAS の値によって決まります。たとえば、 V+ = 500 V, and R_BIAS = 500 kΩ,

I_BIAS = (500 V −5 V)/R_BIAS = 990 μA,

500 kΩバイアス抵抗(5 × R2)は１つ１つが100kΩの抵抗5個で形成されている事に注目してください。これは抵抗を電圧破壊から保護するためです。抵抗ストリング直下のグラウンド・プレーンを削除する事によりさらにブレークダウン保護を強化する事ができます。

外付けシャント抵抗を流れる負荷電流により、AD8212の入力端子で電圧が発生します。内蔵アンプA1は、アンプA1の反転入力と非反転入力の電位が等しくなるように、トランジスタQ1を制御して抵抗R1に必要な電流を流します。

トランジスタQ1のエミッターを通る電流(I_OUT)は入力電圧(V_SENSE) と（すなわち）シャント抵抗(I_LOAD)を通る負荷電流(R_SHUNT)に比例します。出力電流(I_OUT)は、外付け抵抗を使用する事により電圧に変換されます。その外付け抵抗の値はアプリケーションで要求される入力/ 出力ゲインに依存します。

AD8212の伝達関数は次式で表されます：

I_OUT = gm × V_SENSE
V_SENSE = I_LOAD × R_SHUNT
V_OUT = I_OUT × R_OUT
V_OUT = (V_SENSE × R_OUT)/1000 gm = 1000 μA/V

図1の回路では、負荷抵抗は4.99kΩなので、ゲインが5になります。フルスケール入力電圧500 mVは出力2.5 Vになり、ADコンバータAD7171のフルスケール入力範囲に一致します。

AD8212の出力は高インピーダンス・ノードを駆動するようになっています。従って、もしコンバータとインターフェースする場合は、AD8212のゲインに影響しないように、R_OUT両端の出力電圧をアンプでバッファする事をお勧めします。

ADR381とAD7171の電源電圧は、クワッド・アイソレータADuM5402内蔵の絶縁された電源出力(+3.3 V_ISO)から供給されている事に注意してください。

AD7171のリファレンス電圧は高精度バンド・ギャップ・リファレンスADR381から供給します。ADR381の初期精度は0.24%で、温度係数は5 ppm/°C typです。

AD7171のVDDとREFIN(+)の両方を3.3 V電源で動作させる事も出来ますが、分離したリファレンスを使用する事でより良い精度が得られます。十分なヘッドルームを得るために2.5 Vリファレンスを選んでいます。

AD7171ADコンバータに印加される入力電圧は、ADコンバータの出力でオフセット・バイナリ・コードに変換されます。ADuM5402によりDOUTデータ出力、SCLK入力とPDRST入力は絶縁されます。絶縁はオプションですが、故障発生の場合に後段デジタル回路を高同相電圧から保護するために推奨します。

出力コードはSDPハードウエア基板とLabVIEWソフトウェアを使ってPCで処理されます。

図3のグラフはテスト対象の回路が、全入力電圧範囲（0 mV ～ 500 mV）全体で誤差0.2%を達成している事を示しています。ADCの出力で観察したコード（LabVIEWによって記録されます）と誤差を考えないシステムに基づいて計算した理想コードを比較します。

AD7171とADuM5402に対する電源は、適切にノイズを抑制しリップルを削減するために、10 µF と 0.1 µFのコンデンサでデカップリングする必要があります。高周波でカップリングには低ESR値の0.1 µFコンデンサを使用し、可能な限り素子の近くに配置してください。すべての高周波数デカップリングにはセラミック・コンデンサを推奨します。

ADuM5402の1次・2次の間の絶縁間隙の検討には注意が必要です。EVAL-CN0188-SDPZ基板では表面層のすべてのレイアウトおよび部品をアイソレータの端より離して置き、それらをADuM5402のピンに配線する事によりこの距離を最大にしています。

電源ラインはできるだけ太いパターンにして低インピーダンス経路とし、電源ライン上のグリッチによる影響を軽減させる必要があります。クロックやその他の高速スイッチング・デジタル信号は、デジタル・グラウンドで基板上の他の部分からシールドする必要があります。

この回路ノートのための完全な設計支援パッケージはCN0218-DesignSupportに載っております。

下記は電流検出の問題解決に役立つアナログ・デバイセズ製品にリンクします：
電流検出アンプ
ディファレンス・アンプ
計装アンプ / プログラマブル・ゲインアンプ

この回路は回路基板（EVAL-CN0218-SDPZ）とシステム・デモ用プラットホーム(SDP) 評価基板(EVAL-SDP-CB1Z)を使用します。2つの基板には、迅速な回路性能の設定と評価を可能とする120ピン接合用コネクタがあります。EVAL-CN0218-SDPZ基板は（この回路ノートに記述されているように）評価対象の回路を含んでいます。そしてSDP評価基板は回路基板（EVAL-CN0218-SDPZ）からのデータを取り込むためにCN0218 評価ソフトウェアと共に使用します。

必要な装置

• USBポート付きWindows® XP又はWindows Vista®(32-bit)又は Windows® 7 (32-bit)対応のPC
• 回路評価基板（EVAL-CN0218-SDPZ）
• SDP評価基板EVAL-SDP-CB1Z
• CN0218評価ソフトウェア
• 電源電圧：+6 V 又は+6 V ”ACアダプタ”
• 最大負荷電流で最大電圧500 mVとなるシャント抵抗
• 電子負荷

機能ブロック図
回路ブロック図についてはこの回路ノートの図1を、そして回路図については“EVAL-CN0218-SDPZ-SCH”pdfファイルをご覧ください。このファイルは、CN0218 Design Support Packageに含まれています。

セットアップ
回路基板(EVAL-CN0218-SDPZ)の120ピン・コネクタを評価（SDP)基板(EVAL-SDP-CB1Z)の“CON A” と表示されたコネクタに接続してください。120ピン・コネクタの末端にある穴を利用して2つの基板をしっかり固定するためにナイロン製留め具を使用する必要があります。

図1に示したように入力端子からグラウンドに対し負荷を接続し、入力端子間にシャント抵抗(R_SHUNT)を接続してください。電源をオフにして、+6 V電源を基板の“+6 V” と “GND”と表示されているピンに接続してください。もし+6 V"ACアダプタ"があれば、基板上のジャック・コネクタに接続して+6 V電源電圧の代わりに使用する事ができます。SDP基板と共に供給するUSBケーブルをPCのUSBポートに接続してください。

注:この時にはまだUSBケーブルをSDP基板上のミニUSBコネクタには接続しないでください。

テスト
回路基板（EVAL-CN0218-SDPZ）に接続した+6 V電源（又はACアダプタ）に電源を供給してください。評価ソフトウェアを立ち上げ、PCからのUSBケーブルをSDP基板上のUSBミニ・コネクタに接続してください。

1度USB通信が確立されれば、回路基板（EVAL-CN0218-SDPZ）からのシリアル・データの送信、受信、取り込みを行うためにSDP基板を使用する事ができます。電子負荷をステップ状に変化させる事により、様々な値の負荷電流のデータを記録する事ができます。

データ取り込みのための評価ソフトウェアの使用方法についての情報と詳細はCN0218評価ソフトウェアのReadmeファイルに載っています。

SDP基板に関する情報はSDP User Guideに記載されています。