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  • 电流和拉电流简介

    万次阅读 多人点赞 2018-08-21 16:11:50
    电流(sink current),对一个端口而言,如果电流方向是向其内部流动的则是“灌电流”,比如一个IO通过一个电阻一个LED连接至VCC,当该IO输出为逻辑0时能不能点亮LED,去查该器件手册中sink current参数。...

    灌电流(sink current),对一个端口而言,如果电流方向是向其内部流动的则是“灌电流”,比如一个IO通过一个电阻和一个LED连接至VCC,当该IO输出为逻辑0时能不能点亮LED,去查该器件手册中sink current参数。

    拉电流(sourcing current),对一个端口而言,如果电流方向是向其外部流动的则是“拉电流”,比如一个IO通过一个电阻和一个LED连至GND,当该IO输出为逻辑1时能不能点亮LED,去查该器件手册中sourcing current参数。

    【拉电流与灌电流】

       1、概念
      拉电流和灌电流是衡量电路输出驱动能力(注意:拉、灌都是对输出端而言的,所以是驱动能力)的参数,这种说法一般用在数字电路中。    

       这里首先要说明,芯片手册中的拉、灌电流是一个参数值,是芯片在实际电路中允许输出端拉、灌电流的上限值(允许最大值)。而下面要讲的这个概念是电路中的实际值。      

       由于数字电路的输出只有高、低(0,1)两种电平值,高电平输出时,一般是输出端对负载提供电流,其提供电流的数值叫“拉电流”低电平输出时,一般是输出端要吸收负载的电流,其吸收电流的数值叫“灌(入)电流”

      对于输入电流的器件而言:灌入电流和吸收电流都是输入的,灌入电流是被动的,吸收电流是主动的。如果外部电流通过芯片引脚向芯片内‘流入’称为灌电流(被灌入)

    反之如果内部电流通过芯片引脚从芯片内‘流出’称为拉电流(被拉出)

       2、为什么能够衡量输出驱动能力     

        当逻辑门输出端是低电平时,灌入逻辑门的电流称为灌电流,灌电流越大,输出端的低电平就越高。由三极管输出特性曲线也可以看出,灌电流越大,饱和压降越大,低电平越大。

    然而,逻辑门的低电平是有一定限制的,它有一个最大值UOLMAX。在逻辑门工作时,不允许超过这个数值,TTL逻辑门的规范规定UOLMAX ≤0.4~0.5V。所以,灌电流有一个上限。
         当逻辑门输出端是高电平时,逻辑门输出端的电流是从逻辑门中流出,这个电流称为拉电流。拉电流越大,输出端的高电平就越低。这是因为输出级三极管是有内阻的,内阻上的电压降会使输出电压下降。拉电流越大,输出端的高电平越低。

       然而,逻辑门的高电平是有一定限制的,它有一个最小值UOHMIN。在逻辑门工作时,不允许超过这个数值,TTL逻辑门的规范规定UOHMIN ≥2.4V。所以,拉电流也有一个上限。

      可见,输出端的拉电流和灌电流都有一个上限,否则高电平输出时,拉电流会使输出电平低于UOHMIN;低电平输出时,灌电流会使输出电平高于UOLMAX。所以,拉电流与灌电流反映了输出驱动能力。(芯片的拉、灌电流参数值越大,意味着该芯片可以接更多的负载,因为,例如灌电流是负载给的,负载越多,被灌入的电流越大)
      由于高电平输入电流很小,在微安级,一般可以不必考虑,低电平电流较大,在毫安级。所以,往往低电平的灌电流不超标就不会有问题。用扇出系数来说明逻辑门来驱动同类门的能力,扇出系数No是低电平最大输出电流和低电平最大输入电流的比值

       【吸电流、拉电流输出和灌电流概念区别】
         在集成电路中,吸电流、拉电流输出和灌电流输出是一个很重要的概念。

        拉即泄,主动输出电流,是从输出口输出电流。

        灌即充,被动输入电流,是从输出端口流入           

        吸则是主动吸入电流,是从输入端口流入       

        吸电流和灌电流就是从芯片外电路通过引脚流入芯片内的电流,区别在于吸收电流是主动的,从芯片输入端流入的叫吸收电流。灌入电流是被动的,从输出端流入的叫灌入电流。

    拉电流是数字电路输出高电平给负载提供的输出电流,灌电流时输出低电平是外部给数字电路的输入电流,它们实际就是输入、输出电流能力。
      吸收电流是对输入端(输入端吸入)而言的;而拉电流(输出端流出)和灌电流(输出端被灌入)是相对输出端而言的。

    举例给一个直观解释

    Source(拉电流)和 <wbr>Sink(灌电流)详解

    图中PB0输出0,LED会亮,PB0的电流方向是流向PB0也就是灌电流了;

    而PB1要输出1,LED会亮,PB1的电流方向是从PB1流出,也就是拉电流了。
        在实际电路中灌电流是由后面所接的逻辑门输入低电平电流汇集在一起而灌入前面逻辑门的输出端所形成,读者参阅图1自明。

        显然它的测试电路应该如图1所示,输入端所加的逻辑电平是保证输出端能够获得低电平,只不过灌电流是通过接单向电源的一只电位器而获得的,调节的电位器可改变灌电流的大小,输出低电平的电压值也将随之变化。

    Source(拉电流)和 <wbr>Sink(灌电流)详解

              (a)灌电流负载                                 (b) 拉电流负载

     

    图1 灌电流与放电流示意图

    Source(拉电流)和 <wbr>Sink(灌电流)详解

                            (a) 灌电流负载特性曲线            (b) 测试电路
                                    图2 灌电流负载特性曲线及测试电路
       当输出低电平的电压值随着灌电流的增加而增加到输出低电平最大值时,即UOL=UOLMAX时所对应的灌电流值定义为输出低电平电流的量大值IOLMAX。
       不同系列的逻辑电路,同一系列中不同的型号的集成电路,国家标准中对输出低电平电流的最大值IOLMAX的规范值的规定往往是不同的。比较常用的数值如下
        TTL系列             IOLMAX=16mA
        LSTTL74系列         IOLMAX=8mA
        LSTTL54系列         IOLMAX=4mA
        扇出系数NO是描述集成电路带负载能力的参数,它的定义式如下: 
        NO=IOLMAX/IILMAX    其中IOLMAX为最大允许灌电流,IILMAX是一个负载门灌入本级的电流。No越大,说明门的负载能力越强。一般产品规定要求No≥8

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  • 隔离的Σ-Δ调制器长期以来被证明可以在嘈杂的工业电机应用环境中提供非常高的精度和强劲的电流和电压感测能力。有两类隔离型Σ-Δ调制器:一种是在IC内部产生时钟信号;另一种是从外部时钟源接收时钟信号。 Σ-Δ...

    两类隔离Σ-Δ调制器两类隔离Σ-Δ调制器

    “在本文中,将详细研究这两类隔离Σ-Δ调制器的输出数据信号完整性。并通过简单的电磁干扰(EMI)测试设置、对由这两类Σ-Δ调制器的高频时钟信号产生的EMI进行比较。

    对输出数据信号完整性和时钟信号电磁干扰(EMI)的比较

    隔离的Σ-Δ调制器长期以来被证明可以在嘈杂的工业电机应用环境中提供非常高的精度和强劲的电流和电压感测能力。有两类隔离型Σ-Δ调制器:一种是在IC内部产生时钟信号;另一种是从外部时钟源接收时钟信号。 Σ-Δ调制器生成对应于输入模拟信号的输出数字比特流数据。输出数字数据必须尽可能与时钟信号同步。然后,微控制器以相同的时钟信号频率对该输出数据进行采样,以进一步滤波和抽取。

    在本文中,将详细研究这两类隔离Σ-Δ调制器的输出数据信号完整性。并通过简单的电磁干扰(EMI)测试设置、对由这两类Σ-Δ调制器的高频时钟信号产生的EMI进行比较。

    隔离型Σ-Δ调制器的简化框图

    图1左侧的简化框图说明了典型的内(部)时钟隔离Σ-Δ调制器;右侧是典型的外(部)时钟隔离Σ-Δ调制器。对于内时钟型来说,抖动极低的时钟源构建在与Σ-Δ编码器相同的芯片上。重新生成输出MCLK,以允许输出数据位流MDAT被脉送进微控制器以进行抽取和滤波。对于外时钟型来说,外时钟源为Σ-Δ调制器和微控制器提供时钟信号。将在隔离栅的另一侧检测时钟信号。检测器必须能够承受一定程度的时钟抖动,并重构时钟信号,以实现Σ-Δ编码器的正常功能。

    内时钟隔离Σ-Δ调制器简化框图和外时钟隔离Σ-Δ调制器的简化框图

    左图是内时钟隔离Σ-Δ调制器简化框图;右图是外时钟隔离Σ-Δ调制器的简化框图;两者都连至微控制器。

    输出数据信号完整性

    使用相同的微控制器(此例是FPGA),分别测量内和外时钟Σ-Δ调制器的信噪比(SNR)。这两类Σ-Δ调制器的测量设置是相同的,只是外时钟Σ-Δ调制器需要一个20MHz的外时钟源提供时钟信号。下面的图2a和2b显示了测量设置。将1kHz正弦波模拟电压信号注入Σ-Δ调制器的输入端,然后在FPGA处对相应的数字输出比特流数据进行采样,并经过称为抽取的滤波过程。笔记本电脑上显示的应用图形用户界面(GUI)显示了重构的正弦波、快速傅里叶变换(FFT),FFT用以计算信噪比(SNR)和SNR历史图与时间的对应关系。如果FPGA未能正确采样Σ-Δ输出数据比特流,则将清楚地观察到历史图上SNR的突然下降。

    显示了具有相同FPGA板和应用软件的内和外时钟Σ-Δ调制器的测量设置

    图2a:显示了具有相同FPGA板和应用软件的内和外时钟Σ-Δ调制器的测量设置。

    显示了测量设置的简化示意图

    图2b:显示了测量设置的简化示意图

    查看图3中示波器捕获的图像,内时钟Σ-Δ调制器的输出MCLK信号似乎是抖动的。但从输出时钟MCLK的上升沿到输出数据MDAT的上升沿或下降沿的时间延迟,对每个时钟周期看来都是相同的。同样,从外时钟到其输出MDAT的时间延迟似乎也是稳定的。这里可得出结论:对这两类Σ-Δ调制器,MDAT在每个时钟周期始终与MCLK同步。

    显示了示波器捕获的两类Σ-Δ调制器的MCLK和MDAT图像

    图3:显示了示波器捕获的两类Σ-Δ调制器的MCLK和MDAT图像

    从图4中所示的SNR历史图与时间的对比来看,对于两类Σ-Δ调制器都没有观察到SNR的突然下降。换句话说,FPGA(微控制器)可正确读取这两类Σ-Δ调制器的输出数据(MDAT)。

    显示了应用GUI软件中的测量结果2

    显示了应用GUI软件中的测量结果

    图4:显示了应用GUI软件中的测量结果

    高频时钟信号产生的EMI

    高频时钟信号是系统PCB板上EMI的主要来源之一。时钟频率越高、PCB走线越长,时钟信号产生的EMI就越严重。内时钟Σ-Δ调制器的时钟信号走线可以更短。一些内时钟的Σ-Δ调制器还结合了扩频技术来扩展时钟信号的频率峰值,以有效降低EMI。为证明这点,设置了一种如图5所示的简单EMI测量方法,以分别测量内和外时钟Σ-Δ调制器的时钟信号产生的EMI。将环形天线放置在Σ-Δ调制器评估板上方5cm处。示波器设置为将频率从0Hz扫频到100MHz。

    显示了该简单的EMI测量设置,用于测量两类Σ-Δ调制器的时钟信号的EMI

    图5:显示了该简单的EMI测量设置,用于测量两类Σ-Δ调制器的时钟信号的EMI

    从图6中示波器捕获的图像可以清楚看出,外时钟源产生的EMI要高得多,在时钟信号频率及其谐波处达到峰值。例如,对于60MHz的三次谐波,外时钟源产生的EMI比内时钟Σ-Δ调制器输出时钟信号的高20dB。

    显示了进入外时钟Σ-Δ调制器的时钟信号产生的EMI要高得多,在时钟信号频率及其谐波处达到峰值。 (1)

    图6:显示了进入外时钟Σ-Δ调制器的时钟信号产生的EMI要高得多,在时钟信号频率及其谐波处达到峰值。

     

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  • 关于拉电流与灌电流

    2017-12-18 19:12:20
    电流和灌电流是衡量电路输出驱动能力(注意:拉、灌都是对输出端而言的,所以是驱动能力)的参数。 如果外部电流通过芯片引脚向芯片内‘流入’称为灌电流(被灌入); 反之如果内部电流通过芯片引脚从芯片内...

    拉电流和灌电流是衡量电路输出驱动能力(注意:拉、灌都是对输出端而言的,所以是驱动能力)的参数。

    如果外部电流通过芯片引脚向芯片内‘流入’称为灌电流(被灌入);

    反之如果内部电流通过芯片引脚从芯片内‘流出’称为拉电流(被拉出)。

    电平输入电流很小,在微安级,一般可以不必考虑,低电平电流较大,在毫安级。(这也是为什么在实际中单片机I/O口为高电平时点不亮LED灯的原因(点亮LED灯的电流为3~10mA))

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    一、电路分享
    在这里插入图片描述
    二、电路详解
    电路中电流采样主要通过电阻R1和芯片LTC6102进行
    1、LTC6102简介
      LTC®6102/LTC6102HV 是多功能、高压、高边电流检测放大器。高电源电压额定值使其可用于许多高端应用,而低漂移和失调则能保证其在各种工作状况下的精度。 LTC6102-1 是 LTC6102 的一个版本,提供低功耗禁用模式以节省系统待机功耗。
      LTC6102/LTC6102HV 通过外部检测电阻 (分流电阻) 两端的电压来监测电流。内部电路将输入电压转换为输出电流,使得大共模电压上的小检测信号可以转换为以地为基准的信号。低直流失调电压支持使用非常小的分流电阻值和较大的增益设置电阻。结果,分流器中的功率损耗得以降低。
      宽工作电源电压和高精度使 LTC6102 成为从汽车到工业和电源管理的各种应用的理想选择。 2V的最大输入检测电压支持监测宽范围的电流和电压。快速响应使 LTC6102 成为负载电流警告和关断保护控制的出色选择。LTC6102 的所有版本均提供 8 引脚 MSOP 和3mm × 3mm DFN 封装。
    特点
    ■ 电源电压范围:
    4V 至 60V, 70V 最大值 (LTC6102)
    5V 至 100V, 105V 最大值 (LTC6102HV)
    ■ 输入失调: ±10μV (最大值)
    ■ 输入失调漂移: ±50nV/°C (最大值)
    ■ 快速响应: 1μs 阶跃响应
    ■ 通过两个电阻配置增益
    ■ 低输入偏置电流: 3nA (最大值)
    ■ PSRR: 130dB (最小值)
    ■ 输出电流最高可达 1mA
    ■ 工作温度范围: –40°C 至 125°C
    ■ 禁用模式 (仅限 LTC6102-1): 1μA (最大值)
    其他具体请参考手册
    1、LTC6102简介

    三、输出电压计算

    Vout = VR1*VR5/VR4

    四、LTC6102中文资料下载
    LTC6102中文资料下载

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空空如也

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外部电流和内部电流