Resumen: El MAX14921 front-end analógico (AFE), combinado con un convertidor analógico-a-digital (ADC) y una referencia de tensión, formar una solución de alto rendimiento, coste-efectiva para la batería (pila de células) de medición.Para conseguir la máxima precisión, se debe tener cuidado con la junta de diseño de circuitos impresos (PCB). Esta nota de aplicación ofrece algunas sugerencias de diseño que, si se siguen, ayudarán a alcanzar el más alto nivel de precisión que la solución es capaz de entregar.
Introducción
El MAX14921 es un bloque de construcción de alto rendimiento, que es crucial en aplicaciones de medición de las células de la pila de alta precisión. Esta precisión mejorada es especialmente importante con nuevos litio químicas de fosfato de células, cuya carga y curvas de descarga son excepcionalmente plana, en particular en la región del estado de carga de 65% a 95% (SOC). La precisión superior deriva de la arquitectura única de la MAX14921 muestra y retención, lo que minimiza tanto los teléfonos tensión errores y los errores de muestreo de adquisición de las células en diferentes momentos.
Junto con una mayor precisión viene la necesidad de un mayor cuidado durante el diseño. Esta nota de aplicación describe algunas pautas simples, pero efectivos, disposición para ayudarle a darse cuenta de los beneficios de esta mayor precisión.
Mitigación del ruido
Las siguientes directrices relacionadas con el ruido son bien conocidos por las que se practican en el arte de la modernaPCB diseño, por lo que estos son más recordatorios de aquellos aspectos de diseño más importantes para la gestión del ruido en particular a la MAX14921.
Desacoplo
Es bien sabido que los condensadores de derivación son elementos de circuito importantes, buena para el filtrado de ruido antes de que se abre paso en un circuito integrado (IC). Para mayor efectividad, es importante colocar los condensadores de bypass lo más cerca posible de sus pines de alimentación del IC de lo razonable. Tabla 1 detalla los requisitos de condensadores de bypass de la MAX14921.
| Tabla 1. MAX14921 omitir los requisitos de condensadores | |||
| Pin Nombre | Número de Pin | Valor condensador | Volver |
| V L | 5 | 0.1μF | DGND (6) |
| V Un | 12 | 1.0μF | AGND (11) |
| V P | 14 | 0.1μF | AGND (11) |
Que se puede llenar en el lado izquierdo de la IC, donde lo digital SPI interfaz, el análogo de T1, T2, T3 entradas, la salida analógica, los pines de alimentación eléctrica, y algunos de los condensadores de muestreo competir por bienes raíces.Para aliviar la congestión, recordemos que el espacio bajo el MAX14921 está disponible. Vias del lado de soldadura de la PCB, bajo el MAX14921, pueden enrutar señales, así como conectarse a los condensadores colocados allí.
Sigue las huellas de alimentación de los condensadores a sus respectivos pasadores tan cortos como sea razonable. En algunos diseños, esto significa poner condensadores en el lado de la soldadura. Si sólo hay un condensador de derivación puede caber en el lado del componente, que debe ser el pasador 12 (V A ) condensador.
Las figuras siguientes ilustran algunos ejemplos de disposición, tomada de una placa de evaluación de 4 capas. En estos ejemplos, la parte superior de cobre es de color rojo, capa 2 (verde) se DGND, capa 3 (amarillo) es V5V, y la capa 4 (azul) es la parte inferior de cobre. Este primer ejemplo muestra cómo V L se pasa por alto, suponiendo V L es a 3.3V. En la Figura 1 , el cobre sigue pin pasado 5, bajo el MAX14921, donde vías para eludir C22 condensador en el lado de la soldadura de la junta, con el MAX14921. El otro lado de las vías del condensador de nuevo a la capa 2, DGND.
Figura 1. MAX14921 pin 5 eludir ejemplo capacitor.
La Figura 2 muestra cómo V P se omite. Como en el caso con el perno 5, la parte superior de cobre continúa más allá del pasador de IC bajo la MAX14921 y cambios de cara a un condensador de derivación bajo el IC. Dado que el cambio de pasador 13 se AGND, el otro lado de C24 va a la clavija 11 en lugar de asociar al plano DGND.
Figura 2. MAX14921 pin 14 eludir ejemplo capacitor.
La Figura 3 muestra cómo VA se omite. Como se explica más adelante, es ventajoso tener la señal de AGND (pin 11)paralelo la señal de AOUT (pasador 10). Por esta razón, es generalmente más fácil de tener el pasador 12 condensador de derivación en el mismo lado de la PCB como el MAX14921 sí. Esto maximiza la eficacia de este condensador de derivación.
Figura 3. MAX14921 pin 12 eludir ejemplo capacitor.
Isla ADC
Otra técnica para la gestión del ruido es tener islas de tierra separadas bajo componentes analógicos sensibles. Figura 4muestra una isla a tierra separado para el ADC, U3, y cómo pasador 11 se conecta a él. El punto culminante contorno blanco muestra la forma en la traza de la clavija de MAX14921 AGND se adhiere a la isla en el suelo a través de ADC justo a la izquierda de C20, un condensador de derivación dedicado a esa isla suelo. La única conexión entre el plano DGND y la red AGND es la vía en la parte superior derecha de la planta isla ADC, también se destaca en un contorno blanco.
La Figura 4. Isla Baja en el ADC (U3).
Conexión AOUT al ADC
Como parte de la solución total, la señal AOUT MAX14921 (pin 10) se conecta a una entrada ADC. La disposición de la figura 5 muestra una buena manera de hacer esto. El AOUT traza (resaltado) tiene alivio de tierra (de la capa 2, DGND) todo el camino hasta el filtro RC formado por R2 y C25. Además, la traza AGND de pasador 11 paralelos la traza AOUT.Es una buena idea dejar huellas de un filtro RC. Un valor de partida razonable para este filtro es 220Ω con 220pF.
Figura 5. Conexión desde el pasador AOUT al ADC.
Filtrado de T1, T2, y T3
También es una buena idea realizar un filtrado del T1, T2, T3 y entradas analógicas. Si estas señales vienen detemperatura sensores, utiliza una red RC como 1 kW y 10nF como punto de partida. De lo contrario, comenzar con una red RC como 220Ω y 2.2nF.
Separación de Señal Digital
El MAX14921 tiene sólo unos pocos señales digitales, la interfaz SPI ( SCLK , SDI, SDO , y # CS) junto con el pasador y el pasador SAMPL ES (si estos dos últimos se utilizan en el diseño). Estas señales digitales deben mantenerse lejos de las entradas analógicas sensibles y salidas, el más crítico de los cuales es la señal AOUT (pin 10). Idealmente, mantener estas señales digitales en una capa diferente que el análogo, pero esto no es absolutamente necesario si se tiene cuidado especial para mantenerlos separados.
Mantenimiento de la precisión
Un poco de planificación de diseño cuidadoso mantiene la precisión voltaje de la célula de pila en su camino hacia el ADC.
Separación de energía de las señales
El MAX14921 V P poderes pines del interfaz front-end de la pila de células. Se conecta directamente a la parte superior de la pila de la batería, como lo hace el pasador de CV16 (para una pila de 16 células). Sin embargo, estas conexiones deben mantenerse por separado, empezando por lo más cerca posible de la batería. El flujo de corriente en cualquier cableado común a V P y CV16 causará una caída de IR que podría reducir la precisión de la tensión medida en CV16.
La misma norma vale para VC0 y AGND. El flujo de corriente desde AGND causará una caída IR en cualquier cableado común para ambos, la degradación de la precisión de la señal en CV0. Por eso, el equipo de evaluación (EV) para el MAX14921 tiene pines separados conector para V P y CV16, así como para CV0 y AGND.
Minimizar las capacidades parásitas
El MAX14921 opera en dos fases. La primera fase adquiere las tensiones de los elementos en los condensadores de muestreo. La segunda fase se transfiere estos voltajes de los condensadores de muestreo a la ADC. Durante esta segunda fase, cualquier capacidad parásita en los pines CT_ reduce la precisión de la medición de voltaje a través de la inyección de carga .
Prácticamente, esto significa el uso de huellas cortas y delgadas tanto como sea posible, entre todos los condensadores de muestreo y la MAX14921, así como entre el pasador AOUT y la entrada del ADC. Dado que los condensadores de muestreo son 0.805 huella, puede no ser obvio cómo mantener todas las huellas lo más cortos posible.
Una técnica eficaz es colocar los condensadores de muestreo de extremo en y para dar prioridad a mantener las conexiones a los pines CT_ lo más corto posible. Las longitudes de trazas cb_ serán necesariamente más largo. Para compensar esto, una isla en el plano del suelo debajo de cada condensador se conecta a su correspondiente pin CB_.Esto reducirá al mínimo la capacidad parásita de que el condensador de muestreo.
Un ejemplo de esto se muestra en la Figura 6 , detallando las conexiones a los MAX14921 pins del condensador de muestreo en la fila inferior (CT14, CB14, CT13, CB13, CT12, CB12, CT11, y CB11). Nótese, por ejemplo, cómo pasador 29 (CT13) tiene un corto rastro a su condensador de muestreo, pero pasador 30 (CB13), la traza puesto de relieve, es más largo. También tenga en cuenta cómo una isla de tierra separado justo por debajo de que el condensador también se conecta a la red a través de la CB13 a través de justo debajo de él.
La Figura 6. Minimizar las capacidades parásitas en el muestreo condensadores-Layer 3 (amarilla) escondido para mejorar la claridad.
Conclusión
Esta nota de aplicación pone de relieve algunas pautas simples durante el diseño que pueden ayudar a asegurar que usted obtiene la precisión submillivolt que una solución MAX14921 es capaz de lograr. Un ejemplo de la aplicación de estas directrices está disponible para su descarga .
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