本期分享的電路是M5 Stack的VA Meter模塊中的電路，下圖是M5 Stack的這個VA Meter的產(chǎn)品外觀圖：

首先看下這個電流電壓檢測模塊的技術指標，模塊支持PD電壓5~24V輸入，標稱電流分辨率有兩檔，分別是2.5uA和250uA，小電流采樣誤差1.01%，大電流采樣誤差0.94%，uA級電流采樣誤差0.69%，電壓采樣誤差0.11%，大致參數(shù)如下表所示（摘自M5 Stack官網(wǎng)）：

那么上圖的技術指標是如何實現(xiàn)的呢？我們可以在官網(wǎng)上看到VA Meter模塊的原理框圖，可以看到是采用了兩顆電流采樣電阻，分別是0.01Ω和1Ω，一顆MOS短路或不短路1Ω電阻，用作小電流/大電流測量量程切換。兩顆INA226檢測芯片測量檢流電阻兩端的電壓以讀取電流。原理框圖如下所示：

然后是原理圖部分，可以看到，控制部分與電流檢測部分是隔離開的，控制部分的IIC隔離（與INA226通訊）采用的是川土微的CA-IS3020S，其為兼容 I2C接口的雙向通訊低功耗隔離器，隔離器的輸入側與輸出側具備電氣隔離特性，其隔離方式為電容式耐壓隔離。

CA-IS302X系列隔離器具有高達5KVrms 的超高絕緣能力，可以防止數(shù)據(jù)總線或其他電路上的噪聲和浪涌進入本地接地端而干擾或 損壞敏感電路。高達150kV/µS 的CMTI 抗干擾的能力可以保證信號在惡劣噪聲環(huán)境下的正確傳輸。

控制MOS管及INA226的Alert輸出信號的隔離是通過川土微的單向的信號隔離器CA-IS3642HW實現(xiàn)的。CA-IS36XX是一款具有集成式高效電源轉換器的高性能多通道增強型數(shù)字隔離器。

并且CA-IS3642HW集成式DC-DC轉換器高效運行，提供最高500mW的隔離式電源，節(jié)省空間，可滿足各種輸入和輸出電壓配置。并且Viso是可以通過SEL管腳的接VDD或GND來選擇輸出5V或者3.3V。這個還是很好的，一些情況需要隔離電源且功率無需太大的時候用這個芯片既可以實現(xiàn)信號隔離，也實現(xiàn)了電源隔離，不需要額外搭建電源隔離了。

CA-IS3642HW采用電容式耐壓隔離，具有更好的隔離電壓（VRMS），更高的傳輸速率（DC-150Mbps），和更強抗干擾能力（CMTI）。

然后是電流檢測部分的電路，可以看到其和原理框圖保持一致，采用兩個INA226（不同的IIC地址區(qū)分）作為電流/母線電壓檢測，采用一顆PMOS管并聯(lián)在電阻R6（1Ω）上作為大電流/小電流量程切換。

上圖電路中比較有意思的是其PMOS的并聯(lián)方式，也是采用與往常用法不一致的連接方式，這個在之前的推文中有所提及，猜測這種連接方式是為了使用MOS的寄生二極管來保護檢流電阻。這一部分與之前看德州儀器技術文檔中的量程切換電路的MOS管并聯(lián)方式一樣。另外在其他的量程切換電路中也有見到這種MOS管的并聯(lián)用法。

然后再看INA226，其為16bit的ADC芯片，支持0~36V的共模范圍，可以高側/低側電流采樣（M5 Stack的VA模塊中是高側采樣），并且INA226可以通過VBUS管腳采集母線電壓，這樣它就可以采集電流或電壓。

再看INA226的電流Vin+和Vin-的采樣電壓范圍是-81.975mV~81.92mV，也就是說他是支持雙向電流采樣，這個81.92mV與官網(wǎng)所給的電流分辨率所保持一致，81.92mV/2^15=2.5uV，再對應到采樣電阻1Ω和0.01Ω，就是2.5uA（小電流量程）和250uA（大電流量程）的分辨率。

我把MOS管并到一起，大家可以看的更清楚一些，不過下圖中有點個人覺得有點不太好的地方是穩(wěn)壓管D2的選型MM5Z12V；當小電流量程切換為大電流量程是，即當NMOS管Q2導通時，Q1的柵極電壓基本為Fbus-Vz，源極電壓為Fbus_in-Vr4，所以Q1的Vgs基本等于穩(wěn)壓管D2的穩(wěn)壓值，感覺這個穩(wěn)壓值Vz可能對與PMOS管AP50P20Q來說還是略大了一些（其Vgs最大絕對值為±12V），最好再選一個穩(wěn)壓值再低一些的穩(wěn)壓管，比如MM5Z10V。

仿真也可以看出，小電流模式下，當NMOS截止的時候，PMOS也是會截止。這樣使用MOS管也是沒啥問題的，因為檢流電阻兩端的電壓遠不足以讓MOS的寄生二極管導通。大電流模式下NMOS導通，PMOS導通，也是可以正?？刂频?。

VA Meter的原理圖附件獲取。