应用笔记 2416

DS27xx电量计电路板布局技巧,实现测量误差最小化


摘要 : DS27xx系列是Maxim的电量计器件,专门设计用于精密测量电池的流入或流出电流。然而,当采用外部检流电阻时,如果不认真考虑元件布局,则可能会降低检测的精度。本应用笔记描述了采用Maxim的电量计器件和外部检流电阻设计电路板时应考虑的电路板布局技巧。本文讨论了可能产生的误差源以及如何通过不同的布局技巧来降低其影响。

引言

Dallas Semiconductor的电量计可以实现对实际应用中电流的精确测量和累积。测量的精度取决于对外部检流电阻两端的压降的正确测量。正如本篇应用笔记所描述的,电阻的放置和电路板的布线对能否实现高精度测量至关重要。

误差源

图1. DS27xx测量系统误差源
图1. DS27xx测量系统误差源

图1所示为采用外部检测电阻的电量计可能产生的测量误差源。为了简化起见,省去了其它连接。电量计测量与电路电流回路IHANDSET连接的SNS和GND两检流点之间的压降,实现对累积电流的计量。理想状态下,这两个连接点应直接连接到检流电阻两端。连接点和检流电阻之间的引线阻抗(对应电路中的TRACES/R和TRACEG/R)将影响测量的增益误差,如下所示:

公式1.

引线阻抗与检流电阻相比通常都比较小,但是过孔的阻抗可能达到几个毫欧,将会给测量结果引入较大的误差。测试点之外的引线阻抗(对应电路中的TRACEPACK-和TRACEBAT-)则对电流测量精度没有任何影响。

另一个可能的测量误差源是上文提到的接地检测点与器件实际GND引脚间所存在的压差。该压差是由流经TRACEGND (GND引脚与接地检测点之间的引线阻抗)的器件工作电流IDD27XX产生的。由于电流的流向总是相同的,因此该电流将在电量测量中引入一个失调误差,如下所示:

公式2.

测量失调是影响电量计精度的最大误差,因此降低电路的接地阻抗是极其重要的。由于TRACESNS中无电流流过,因此该检测通路的引线阻抗并不重要。

电路布局

图2. DS27xx布局注意事项
图2. DS27xx布局注意事项

图2所示为DS27xx电量计根据上述设计技巧的一个简单的布局实例。图2注明了布线的关键点,如下所述:

(1) GND引脚和检测电阻BAT-侧之间的引线应尽可能短并尽量避免采用过孔,这样可使引线阻抗降至最低。
(2) 两条检流线路都应直接连接到主电流通路的检流电阻上。检流回路中仅有很短的一部分引线与主电流通路重合,且不可以采用过孔。
(3) 与SNS引脚相连的引线阻抗无关紧要。可以采用长引线以及过孔,对测量精度不会有任何影响。
(4) 主电流通路上的过孔和其他电阻均位于检测点与检测电阻连接点的外部,因此不会对测量精度产生任何影响。

结论

对于采用外部检流电阻的电量计器件,电路板布局对于保证精度能否满足数据资料所给出的指标是至关重要的。应采用必要措施,以降低器件测量时由引线阻抗所引入的失调或增益误差。上述布板技巧仅适用于采用外部检流电阻的电量计器件。内置检流电阻的器件在内部已经采用了必要措施,因此不会受到本篇技术笔记提到的误差源的影响。