E_JP

PAC1931/2/3/4

特長

• 1/2/3/4チャンネルハイサイド電流監視 - 100 mVフルスケールの電流検出用電圧レンジ、16 ビット分解能 - 選択可能な双方向電流検出機能、-100～+100 mVの検 出レンジ、16ビットの2の補数(符号付き)データ フォーマット - 外部電流検出抵抗でフルスケール電流レンジを設定 - 超低入力電流により配置配線を容易化 • 電圧監視用の広いバス電圧レンジ -0～32 Vの入力コモンモード電圧 - 16ビット分解能の電圧計測、14ビットの電力計算 • 電圧と電流のオフセットとゲイン誤差をリアルタイム で自動校正、ユーザによる調整が不要 • 広いダイナミックレンジで1%の電力計測誤差 • 28ビットの電力結果をオンチップで積算して電力量を 計測 - 積算電力データ記録用48ビット積算電力量計レジスタ - 24ビットの積算電力量計測数 - ユーザ設定可能なサンプリングレート: 8、64、256、 1024 sps - 電力データ積算時間が1,024 spsの場合17分間以上 - 電力データ積算時間が8 spsの場合36時間超 • 2.7～5.5 V電源での動作 - デジタルI/O専用のVDD I/O電源ピン - 1.62～5.5 Vに対応したSMBusとデジタルI/O - SMBus 3.0とI2C Fast Mode Plus (1 Mb/S) • SMBusアドレス - 16値の1つを抵抗で設定 • 入力フィルタは不要 • 有効にできるALERT機能: - 積算電力量計オーバーフローALERT - 計測完了ALERT • 4 × 4 × 0.5 mm UQFNパッケージ • 2.225 × 2.17 mm WLCSPパッケージ

応用例

• 組み込みコンピューティング • ネットワーキング • FPGAシステム • 車載 • 低電圧/大電流 – AI、GPU • 産業用 • Linux®アプリケーション • ノートPC、タブレットコンピュータ • クラウド、Linux、サーバ • 光ネットワークモジュール

コンピュータ

プラットフォーム

サポート

• Windows® 10ドライバ • Linuxドライバ • Python™スクリプト

説明

PAC1931/2/3/4は1/2/3/4チャンネル電力量監視デバイスで す。高電圧マルチプレクサはバス電圧モニタと電流検出アン プに接続されており、入力は順番に高分解能ADCに送られま す。電力の計算と電力量の積算はデジタル回路が実行します。 これにより、1 msから36時間以上まで電力量を積算できま す。バス電圧、電流検出抵抗電圧、積算された比例電力は、 システムマスタまたは組み込みコントローラで読み出すため にレジスタに保存されます。 サンプリングレートと電力量の積算期間はSMBusまたはI2C から制御できます。有効チャンネルの選択、シングルショッ ト計測等の制御も、SMBusまたはI2Cから設定できます。 PAC1931/2/3/4デバイスファミリは、オフセット誤差とゲイ ン誤差を最小限に抑えるためにリアルタイム校正を使ってい ます。本デバイスには入力フィルタは不要です。

積算電力量計付き

シングル

/

マルチチャンネル

DC

電力

/

電力量監視

IC

注意: この日本語版文書は参考資料としてご利用ください。

最新情報は必ずオリジナルの英語版をご参照願います。

PAC1931/2/3/4

パッケージタイプ

デバイスブロック図

PAC1931/2/3/4 – 上面 2.225 × 2.17 mm WLCSP A B C D 1 2 3 4 SENSE1+ SENSE1-SENSE2+ SENSE2-SENSE3+ SENSE3-SENSE4+ SENSE4-GND SM_DATA SM_CLK VDD VDD I/O ADDRSEL PWRDN SLOW/ALERT PAC1932/3/4 – 上面 4 × 4 × 0.5 mm UQFN* * 露出サーマルパッド付き(表 3-1参照) P W RDN GND SENSE1+ SENSE1-SM _ D AT A SM_CLK 1 2 3 4 Exposed pad VDD AD D R SEL 12 11 10 9 VDD I/O SLOW/ALERT SEN SE 2 + SEN SE 2 -SEN SE 3 + SEN SE 3 -5 6 7 8 SENSE4+ SENSE4-16 15 14 13 VDD GND VDD I/O ADDRS EL SLO W/ALE RT Accumlato r Differen tia l VSENS E Amplifier VBUS Buffer/ Divi der SM_CLK SM_DATA PWRDN I ₂ C/SMBu s

ADC/MUX Clocking & Control VBUS Registe rs VSENS E Registe rs VPOWE R Registe rs Accumulator Registe rs Control Registe rs Calculation and Calibra tion 16-bit ADC 16-bit ADC Resistor Decoder SENSE 1+ SENSE 1-SENSE 2+ SENSE 2-SENSE 3+ SENSE 3-SENSE 4+ SENSE 4-VBUS1 VBUS2 High Voltage MUX VBUS4 Sen se1+ Sen se2+ Sen se1-Sen se2-Sen se3+ Sen se3-Sen se4+ Sen se4-VBUS3 Note: PAC1931ではチャンネル2、3、4が無効 PAC1932ではチャンネル3、4が無効 PAC1933ではチャンネル4が無効

PAC1931/2/3/4

1.0

電気的特性

1.1

電気的仕様

絶対最大定格

(†) V_DDピン...-0.3～6.0 V SENSE-/SENSE+ピン電圧...-0.3～40 V その他のピンの電圧(GND基準) ... GND -0.3～+6.0 V 電流検出ピン間の電圧 (|(SENSE+ – SENSE-)|) ... 500 mV V_DDを除く全ピンの入力電流... ±100 mA 出力短絡電流... 連続 接合部-大気間熱抵抗(θJ-A)... +78°C/W 動作時周囲温度レンジ...-40～+150°C 保管温度レンジ...-55～+150°C ESD耐圧–全ピン– HBM... 4000V ESD耐圧–全ピン– CDM ... 2000V † Notice: ここに記載した「絶対最大定格」を超える条件は、デバイスに恒久的な損傷を生じさせる可能性があります。これはスト レス定格です。本書の動作条件に示す条件外でのデバイス運用は想定していません。最大定格を超えて動作させると、デバイスの信 頼性に影響を与える場合があります。

ESD

保護回路図

この図はPAC1934のESD保護回路を表します。SENSEピン はV_DDが0 Vの時32 Vまで保護されます。Sense+ピンと

Sense-ピンの間にある背中合わせのダイオードと直列に1 kΩ

の抵抗が直列に入っており、過剰電位差印加時の電流を制限 しています。

PAC1931、PAC1932、PAC1933ではSENSEピンの一部が 内部的に未接続です。これら未接続のピンはグランドに接続 する必要があります。

SM_DATA SM_CLK ADDRS EL VDD I/O VDD GND

CLAMP CIRCUIT

SENSE1-SENSE1+

(Floating ESD rail)

(~40v br eakdown) SENSE2-SENSE2+ SENSE3-SENSE3+ SENSE4-SENSE4+ PWRDN SLO W/ ALE RT

PAC1931/2/3/4

表

1-1:

DC

特性

電気的特性: 特に明記しない限り、Max.値はT_A = -40～+85 °C、 V_DD = 2.7～5.5 V、V_DDI/O= 1.62～5.5 V、V_BUS = 0～32 Vで の値であり、Typ.値はTA = +25 °C、 VDD = VDDI/O = 3.3 V、VBUS = 32 V、VSENSE = (SENSE+ – SENSE-) = 0 Vでの値です。

特性 記号 Min. Typ. Max. 単位 条件

電源 V_DDレンジ VDD 2.7 — 5.5 V VDDI/Oレンジ VDD I/O 1.62 — 5.5 V V_DDピンの動作電流 IDD — 585 675 µA 1024 sps PAC1931/2/3/4でIDDの仕様は全て同じ V_DDピンの動作電流 IDD SLOW — 16 — µA 4チャンネル有効、8 sps 最小VDD立ち上がり速度 VDD_RISE_MIN — 0.05 — V/ms 0 Vから5 Vまで100 ms以内 最大V_DD立ち上がり速度 VDD_RISE — 1000 — V/ms 0 Vから5 Vまで5 µs以内 VDDスリープ電流 IDD_SLEEP — 5 — µA スリープステート V_DDパワーダウン電流 IDD_PWRDN — 0.1 — µA パワーダウンステート

VDDI/O電流 IDD I/O — — 2 µA 全てのステート アナログ入力特性

VBUS電圧レンジ VBUS –0.2 V — 32 V SENSE+ピンとSENSE-ピンのコモン

モードレンジ、GND基準(負レンジは 出荷時検査対象ではない) V_SENSE差動入力電圧 レンジ VSENSE_DIF -100 — 100 mV SENSE+、SENSE-ピン 入力電流

I_{SENSE +}、I_SENSE- -7 0 7 µA VSENSE+ = VSENSE- = 32 V

(入力電流は2つのピンの合算電流)

SENSE+、SENSE-ピン 入力電流

I_{SENSE +}、I_SENSE- -1 0 1 µA V_SENSE+ = 6 V、V_SENSE- = 5.9 V

V_BUS、V_SENSE入力配線

抵抗(計測誤差を増やさ

ない許容配線抵抗)

RTRACE — — 1 kΩ

VSENSEの計測誤差

V_SENSEゲイン誤差 VSENSE_ GAIN_ERR — ±0.2 ±1 ±0.9 % % @+25 °C Typ.、–40～+85 °C V_SENSEオフセット 誤差(入力基準) VBUS_ OFFSET_ERR — ±0.012 ±0.012 ±0.1 mV mV @+25 °C Typ.、–40～+85 °C V_SENSE – 単方向電流 V_SENSE ADC分解能 V_{SENSE_RES} — — 16 ビット 単極性の符号なしバイナリ V_SENSE フルスケールレンジ V_{SENSE_FSR} 0 — 100 mV 単方向電流 VSENSE LSBステップ サイズ V_{SENSE_LSB} — 1.5 — µV 単方向電流

PAC1931/2/3/4

VSENSE – 双方向電流 VSENSE ADC分解能 VSENSE_RES — — 16 ビット 16ビットの2の補数(符号付き) VSENSE フルスケールレンジ VSENSE_FSR -100 — 100 mV 双方向電流 V_SENSE LSBステップ サイズ VSENSE_LSB — 3 — µV 双方向電流 V_BUSの計測誤差 VBUSゲイン誤差 VBUS_GAIN_ERR — ±0.02 ±0.2 ±0.5 % % @+25 °C Typ.、–40～+85 °C VBUSオフセット誤差 (入力基準) VBUS_ OFFSET_ERR — ±1 ±2 — LSB LSB @+25 °C Typ.、–40～+85 °C VBUS – 単極性電圧 VBUS ADC分解能 VBUS_RES — — 16 ビット 単極性の符号なしバイナリ V_BUS単極性 フルスケールレンジ VBUS_FSR 0 — 32 V 単極性電圧 V_BUS LSBステップ サイズ VBUS_LSB — 488 — µV FSR = 32 V、16ビット分解能 V_BUS – 双極性電圧

VBUS ADC分解能 VBUS_RES — — 16 ビット 16ビットの2の補数(符号付き)がVBUS の計測結果として報告される VBUS双極性 フルスケールレンジ VBUS_FSR -32 — 32 V 計算によるスケーリング 物理的特性により負の入力電圧は -0.2 Vに制限される V_BUS LSBステップ サイズ V_{BUS_}LSB — 976 — µV 双極性電圧 積算電力量計の誤差 積算電力量計誤差 ACC_Err — 0.2 — %

V

_SENSE

= 97 mV

積算電力量計誤差 ACC_Err — 0.2 — %

V

_SENSE

= 10 mV

積算電力量計誤差 ACC_Err — 1 — %

V

_SENSE

= 1 mV

積算電力量計誤差 ACC_Err — 3 — %

V

_SENSE

= 100 µV

積算電力量計誤差 ACC_Err — 5 — %

V

_SENSE

= 50 µV

アクティブモードのタイミング

プルアップ電圧レンジ VPULLUP 1.62 — 5.5 V I2C/SMBusピンとデジタルI/Oピンの

プルアップ電圧VDD I/Oで設定 最初の通信までの時間 tINT_T — 14.25 — ms スリープステートから計 測サイクル開始までの 時間 tSLEEP_TO_ACTIVE — 3 — ms

デジタルI/Oピン(SM_CLK、SM_DATA、SLOW/ALERT、PWRDN)

入力High電圧 VIH VDD I/O x 0.7 — — V 入力Low電圧 VIL — — VDD I/O x 0.3 V

表

1-1:

DC

特性

(

続き

)

電気的特性: 特に明記しない限り、Max.値はT_A = -40～+85 °C、 V_DD = 2.7～5.5 V、V_DDI/O= 1.62～5.5 V、V_BUS = 0～32 Vで の値であり、Typ.値はTA = +25 °C、 VDD = VDDI/O = 3.3 V、VBUS = 32 V、VSENSE = (SENSE+ – SENSE-) = 0 Vでの値です。

PAC1931/2/3/4

出力Low電圧 VOL — — 0.4 V ALERTピンのシンク電流 8 mA、

SMCLKピンのシンク電流 20 mA

リーク電流 ILEAK -1 — +1 µA

表

1-1:

DC

特性

(

続き

)

電気的特性: 特に明記しない限り、Max.値はT_A = -40～+85 °C、 V_DD = 2.7～5.5 V、V_DDI/O= 1.62～5.5 V、V_BUS = 0～32 Vで の値であり、Typ.値はTA = +25 °C、 VDD = VDDI/O = 3.3 V、VBUS = 32 V、VSENSE = (SENSE+ – SENSE-) = 0 Vでの値です。

PAC1931/2/3/4

図

1-1:

SMBus

のタイミング

表

1-2:

SMBUS

モジュールの仕様

電気的特性: 特に明記しない限り、Max.値はT_A = -40～+85 °C、

VDD = 2.7～5.5 V、VBUS = 0～32 Vでの値であり、Typ.値はTA = +25 °C、VDD = 3.3 V、VBUS = 32 V、 V_SENSE = (SENSE+ – SENSE-) = 0 V、V_DD I/O = 1.62～5.5 Vでの値です。

特性 記号 Min. Typ. Max. 単位 条件

SMBusインターフェイス 入力容量 CIN — 4 10 pF 出荷時検査対象ではない SMBusのタイミング クロック周波数 fSMB .010 — 1 MHz タイムアウト無効時は最小値なし スパイク不感時間 tSP 0 — 50 ns STOPからSTARTまでの バス解放時間 t_BUF 0.5 — — µs SMBus 3.0に従う 反復START条件後のホー ルド時間 t_HD:STA 0.26 — — µs SMBus 3.0に従う 反復START条件のセット アップ時間 t_SU:STA 0.26 — — µs SMBus 3.0に従う

セットアップ時間: STOP t_SU:STO 0.26 — — µs SMBus 3.0に従う

セットアップ時間: START tSU:STA 0.26 — — µs

データホールド時間 tHD:DAT 0 — — µs

データセットアップ時間 tSU:DAT 50 — — ns SMBus 3.0に従う(Note)

クロックLow期間 tLOW 0.5 — — µs SMBus 3.0に従う

クロックHigh期間 tHIGH 0.26 — 50 µs クロック/データ立ち下が り時間 t_FALL — — 120 ns 出荷時検査対象ではない クロック/データ立ち上が り時間 t_RISE — — 120 ns 出荷時検査対象ではない 容量性負荷 CLOAD — — 550 pF バスライン1本あたり、 C_LOADは出荷時検査対象ではない SLOWピンパルス幅 SLOWpw — 100 — µs 100 µS未満のパルス幅は検出でき ない

Note: デバイスはSM_CLK立ち下がりエッジからの不定領域(VIH(min)以下)を橋渡しするため、SM_DATA信号に対し内部

的に少なくとも300 nsのホールド時間を提供する必要がある。

SMDATA

SMCLK

T

LOW

T

RISE

T

HIGH

T

FALL

T

BUF

T

HD:STA

P

S

S - Start Condition

P - Stop Condition

T

HD:DAT

T

SU:DA T

T

SU:STA

T

HD:STA

P

T

SU:STO

S

PAC1931/2/3/4

2.0

代表性能曲線

Note: 特に明記しない限り、Max.値はTA = -40～+85 °C、VDD = 2.7～5.5 V、VBUS = 0～32 Vでの値であり、Typ. 値は T_A = +25 °C、V_DD = 3.3 V、V_BUS = 3.3 V、V_SENSE = (SENSE+ – SENSE-) = 0 V、V_DD I/O = 1.62～5.5 Vでの値です。

図

2-1:

V

_SENSE

の入力電圧に対する

V

_SENSE

の誤差

図

2-2:

V

_SENSE

の入力電圧

(

双方向モード

)

に対する

V

_SENSE

の誤差

図

2-3:

V

_SENSE

の入力電圧と温度に対する

V

_SENSE

の誤差

図

2-4:

V

_SENSE

の入力電圧と温度に対する

V

_SENSE

の誤差

図

2-5:

V

_SENSE

の入力電圧

(

双方向モード

)

に対する

V

_SENSE

の誤差

(

拡大表示

)

図

2-6:

V

_SENSE

とコモンモードに対する

V

_SENSE

の

誤差

Note: 以下の図表は限られたサンプル数に基づく統計的な結果であり、情報提供のみを目的としています。ここに記載する 性能特性はテストされておらず、保証されません。下図表の一部は仕様動作レンジ外で計測されたデータも含んでい ます(例: 仕様レンジ外の電源を使用)。従って、これらのデータは保証範囲外です。 10uV 100uV 1mV 10mV 100mV -10 5 0 5 10

Sense Input Voltage

Erro r ( p e rc e n t) 3.3vDC 25oC -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -0.025% 0.0125% 0 0.0125% 0.025%

Sense Input Voltage (mV)

E rr o r (% Fu llS cale) CM3.3v 3.3vDC 25oC 0 20mV 40mV 60mV 80mV 100mV -0.1% -0.15% -0.05% 0 0.05%

Sense Input Voltage

Erro r ( % F u ll S c a le ) Ch1 3.3vDC -40oC Ch1 3.3vDC 0oC Ch1 3.3vDC 25oC Ch1 3.3vDC 85oC Ch1 3.3vDC 125oC 1uV 10uV 0.1mV 1mV 10mV 100mV -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

Sense Input Voltage

Erro r ( p e rc e n t) 3.3vDC -40oC 3.3vDC 0oC 3.3vDC 25oC 3.3vDC 85oC 3.3vDC 125oC -1mV -0.5mV 0 0.5mV 1mV -0.025% 0.025% 0.0125% -0.0125% 0

Sense Input Voltage

Erro r ( % F u ll S c a le ) CM3.3v 3.3vDC 25oC 0 20mV 40mV 60mV 80mV 100mV 0.025% 0 -0.025% 0.05% -0.05%

Sense Input Voltage

Erro r ( % F u ll S c a le ) CM1v 3.3vDC 25oC CM3v 3.3vDC 25oC CM5v 3.3vDC 25oC CM16v 3.3vDC 25oC CM32v 3.3vDC 25oC

PAC1931/2/3/4

Note: 特に明記しない限り、Max.値はT_A = -40～+85 °C、V_DD = 2.7～5.5 V、V_BUS = 0～32 Vでの値であり、Typ. 値はT_A = +25 °C、VDD = 3.3 V、VBUS = 3.3 V、VSENSE = (SENSE+ – SENSE-) = 0 V、VDD I/O = 1.62～5.5 Vでの値です。

図

2-7:

V

_BUS

の入力電圧に対する

V

_BUS

の誤差

図

2-8:

V

_BUS

の入力電圧に対する

V

_BUS

の誤差

(

拡大

表示

)

図

2-9:

V

_BUS

の入力電圧に対する

V

_BUS

の誤差

図

2-10: V

_BUS

の入力電圧と温度に対する

V

_BUS

の誤差

図

2-11: V

_BUS

の入力電圧と温度に対する

V

_BUS

の誤

差

(

拡大表示

)

図

2-12: V

_BUS

の入力電圧と温度に対する

V

_BUS

の誤

差

(

双極性電圧モード

)

1mV 10mV 0.1V 1V 10V 0 5 10 15 20 25 Input Voltage Erro r ( p e rc e n t) 3.3vDC 25oC 10mV-2% 100mV 1V 10V -1% 0 1% 2% Input Voltage Erro r ( p e rc e n t) 3.3vDC 25oC 0 5 10 15 20 25 30 -0.05% 0 0.05% -0.1% Input Voltage Erro r ( % F u ll S c a le ) 3.3vDC 25oC 1mV 10mV 0.1V 1V 10V 0 5 10 15 20 25 Input Voltage Erro r ( p e rc e n t) 3.3vDC -40oC 3.3vDC 0oC 3.3vDC 25oC 3.3vDC 85oC 3.3vDC 125oC 10mV-2% 100mV 1V 10V 32V -1% 0 1% 2% Input Voltage Erro r ( p e rc e n t) 3.3vDC -40oC 3.3vDC 0oC 3.3vDC 25oC 3.3vDC 85oC 3.3vDC 125oC -0.5v 0v 0.5v 1v 0.1% 0 -0.2% -0.4% -0.6% -0.8% Input Voltage E rr o r (% Fu llS cale) 3.3vDC -40oC 3.3vDC 0oC 3.3vDC 25oC 3.3vDC 85oC 3.3vDC 125oC

PAC1931/2/3/4

Note: 特に明記しない限り、Max.値はT_A = -40～+85 °C、V_DD = 2.7～5.5 V、V_BUS = 0～32 Vでの値であり、Typ. 値はT_A = +25 °C、VDD = 3.3 V、VBUS = 3.3 V、VSENSE = (SENSE+ – SENSE-) = 0 V、VDD I/O = 1.62～5.5 Vでの値です。

図

2-13: V

_BUS

の入力電圧と温度に対する

V

_BUS

の

誤差

図

2-14: V

_BUS

のゼロ入力ヒストグラム

(LSB

、

8

平均

値、総数

5,000

デバイス

)

図

2-15: V

_SENSE

のゼロ入力ヒストグラム

(LSB

、

8

平均値、総数

5,000

デバイス

)

図

2-16:

温度に対する

V

_BUS

計測の入力オフセット

図

2-17:

温度に対する

V

_SENSE

計測の入力オフセット

図

2-18: V

_OL

に対する

I

2

C/SMBus

駆動電流

0v 5v 10v 15v 20v 25v 30v -0.1% -0.2% 0.2% 0 0.1% Input Voltage Erro r ( % F u ll S c a le ) 3.3vDC -40oC 3.3vDC 0oC 3.3vDC 25oC 3.3vDC 85oC 3.3vDC 125oC -40-1 0 25 55 85 125 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 Temperature (oC) D C O ff set (L S B 's 15b +sig n ) -40-1 0 25 55 85 125 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 Temperature (oC) D C O ff set (L S B 's 15b +sig n ) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 10 20 30 40 50 60 70

SMBUS Output Voltage (VOL)

SM B U S Dri v e Cu rre n t ( IO L ) m A VIO=1.6v VDD=2.6v VIO=5.5v VDD=5.5v

PAC1931/2/3/4

Note: 特に明記しない限り、Max.値はT_A = -40～+85 °C、V_DD = 2.7～5.5 V、V_BUS = 0～32 Vでの値であり、Typ. 値はT_A = +25 °C、VDD = 3.3 V、VBUS = 3.3 V、VSENSE = (SENSE+ – SENSE-) = 0 V、VDD I/O = 1.62～5.5 Vでの値です。

図

2-19: 1,024 sps

時の温度と電源に対する

I

_DD

図

2-20:

温度と

V

_DD

に対する

SLOW

モード時の

I

_DD

図

2-21:

温度と

V

_DD

に対する

V

_DD

I/O

ピンの

I

_DD

図

2-22:

温度、

V

_DD

、サンプリング

レートに対する

I

_DD

図

2-23:

温度と

V

_DD

に対するスリープモードの

I

_DD

図

2-24:

温度と

V

_DD

に対するパワーダウン

モードの

I

_DD -40 0 25 55 85 125 520 540 560 580 600 620 640 Temperature (oC) 1 k S ps m ode C u rr e n t (uA ) 2.6v_2.7v 3.3v 5.0v 5.5v 5.6v -40 0 25 55 85 125 10 20 30 40 50 60 Temperature (oC) 8 S ps m ode C u rr e n t (uA ) 2.6v2.7v 3.3v 5.0v 5.5v 5.6v -40 0 25 55 85 125 0 0.05 0.1 0.15 Temperature (oC) V IO C u rr e n t (uA ) VDD 2.6v/VIO 1.7v VDD 5.6v/VIO 1.7v VDD 2.6v/VIO 5.6v VDD 5.6v/VIO 5.6v -400 0 25 55 85 125 5 10 15 20 25 30 Temperature (oC) S le e p m o de C u rr e nt (uA ) 2.6v2.7v 3.3v 5.0v 5.5v 5.6v -400 0 25 55 85 125 2 4 6 8 10 12 Temperature (oC) P o w e rD ow n C u rr e n t (uA ) 2.6v2.7v 3.3v 5.0v 5.5v 5.6v

PAC1931/2/3/4

Note: 特に明記しない限り、Max.値はT_A = -40～+85 °C、V_DD = 2.7～5.5 V、V_BUS = 0～32 Vでの値であり、Typ. 値はT_A = +25 °C、VDD = 3.3 V、VBUS = 3.3 V、VSENSE = (SENSE+ – SENSE-) = 0 V、VDD I/O = 1.62～5.5 Vでの値です。

図

2-25: V

_SENSE

入力電流

-

アクティブモード、

1,024 sps

図

2-26: V

_DD

と温度に対する

V

_BUS

入力リーク電流

図

2-27: V

_BUS

入力電流

-

アクティブモード、

1,024 sps

図

2-28: V

_DD

と温度に対する

V

_SENSE

入力リーク電流

図

2-29:

クロック周波数誤差

(-40

～

+85 °C)

、総数

200

デバイス

図

2-30:

クロック周波数誤差

(30 °C)

、

総数

11,189

デバイス

-40 0 25 55 85 125 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 Temperature (oC) A ver age C u rr e n t 1kS p s ( u A ) _{0v CM} 1v CM 5v CM 16v CM 32v CM -40 0 25 55 85 125 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Temperature (oC) L eaka ge C u rr e n t (u A ) 0v 1v 5v 16v 32v -400 0 25 55 85 125 0.5 1 1.5 2 2.5 Temperature (oC) A ver age C u rr e n t 1kS p s ( u A ) _0v 1v 5v 16v 32v -400 0 25 55 85 125 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 Temperature (oC) L eaka ge C u rr e n t (u A ) 0v CM 1v CM 5v CM 16v CM 32v CM

PAC1931/2/3/4

図 2-31にPAC193Xデバイスの入力チャンネルの等価回路を 示します。ESD保護ダイオードには2個の40 Vブレークダウ ンダイオードを使っています。入力リーク電流はかなり低 く、DCバイアス電流はありません。スイッチトキャパシタ サンプリング回路は、等価直列抵抗とサンプリングコンデン サからなるスイッチとして示しています。スイッチはサンプ リングレートに関係なく、最大1,024 spsで動作します。8 spsではサンプリング間でデバイスはスリープします。各入 力の入力インピーダンスは約32 MΩです。

図

2-31: PAC193X

デバイスの等価入力回路

VSS/GND VSENSE+ V SENSE-6 kΩ 6 kΩ 29 kΩ 30 pF 30 pF 1.2 pF 40V 1 1 1 40V 1 kΩ 1 1 kΩ

PAC1931/2/3/4

3.0

ピンの説明

表 3-1にピンの説明を示します。

3.1

SenseN+/SenseN

–

(N=1

、

2

、

3

、

4)

これら2本のピンは回路内の電流検出抵抗の両端電圧を計測 するための差動入力を形成します。正極性入力(SenseN+)は、 バス電圧の入力ピンとしても使います。

3.2

グランド

(GND)

システムグランドです。

3.3

SMBus

データ

(SM_DATA)

双方向のSMBusデータピンです。このピンはオープンドレイ ンであり、V_DD I/Oとの間にプルアップ抵抗が必要です。

3.4

SMBus

クロック

(SM_CLK)

SMBusクロック入力ピンです。

3.5

正電源電圧

(V

_DD

)

デバイスの電源入力ピンです。レンジは2.7～5.5 Vで、100 nFのセラミックコンデンサを使ってIC近くのグランドにバ イパスします。

3.6

デジタル

I/O

の参照電圧

(V

_{DD I/O}

)

このピンをデバイスのSMBusピンとデジタル入力ピン(1.62 ～5.5 V)を駆動するデジタルコントローラの電源電圧に接続 します。100 nFのセラミックコンデンサを使い、IC近くの グランドにバイパスします。このピンは電力供給の代わりに VIH参照電圧源として機能します。

表

3-1:

ピンの説明

QFN WLCSP16 シンボル ピンタイプ 説明

1 C3 SLOW/ALERT デジタルI/Oピン 電圧レンジはV_DD I/Oピンで設定する。既定値の機能は

SLOW。ALERTピンとして機能するようにプログラムでき る(ALERTとして機能する場合、オープンコレクタはV_DD I/Oとの間にプルアップ抵抗が必要)。 2 A4 VDD ICの電源 正電源電圧 3 B4 GND グランドピン ICのグランド 4 C4 SM_CLK SMBusクロック入力 クロック入力ピン

5 D4 SM_DATA SMBusデータI/O オープンドレインとVDD I/Oの間にはプルアップ抵抗が必要 6 C2 ADDRSEL アナログI/Oピン SMBusスレーブアドレスのアドレス選択

7(1) C1(2) SENSE3

-

32 Vアナログピン 0～32 Vレンジ、検出抵抗の負荷側に接続 8(1) D1(2) SENSE3+ 32 Vアナログピン 0～32 Vレンジ、検出抵抗の電源側に接続 9(1) D2(2) SENSE4

-

32 Vアナログピン 0～32 Vレンジ、検出抵抗の負荷側に接続 10(1) D3(2) SENSE4+ 32 Vアナログピン 0～32 Vレンジ、検出抵抗の電源側に接続 11 A3 SENSE1+ 32 Vアナログピン 0～32 Vレンジ、検出抵抗の電源側に接続 12 A2 SENSE1

-

32 Vアナログピン 0～32 Vレンジ、検出抵抗の負荷側に接続 13 A1(2) _{SENSE2+ 32 Vアナログピン 0～32 Vレンジ、検出抵抗の電源側に接続} 14 B1(2) SENSE2- 32 Vアナログピン 0～32 Vレンジ、検出抵抗の負荷側に接続 15 B2 V_DD I/O デジタルI/OのVIH 参照電圧を設定する デジタルI/O用の参照電圧レベル 16 B3 PWRDN デジタル入力ピン 電圧レンジはVDD I/Oピンで設定する。アクティブLowはデ バイスをパワーダウンステート(SMBusを含む全ての回路 をパワーダウン状態)にする。 17 — EP N/C 露出パッドは電気的に接続されていない。 Note 1: PAC1932では、ピン7、8、9、10は内部で接続されていないためグランドに接続します。 PAC1933では、ピン9、10は内部で接続されていないためグランドに接続します。 2: PAC1931では、A1、B1、C1、D1、D2、D3にはんだピンがありますが、これらのチャンネルは内部的に無効であり、 グランドに接続する必要があります。PAC1932では、C1、D1、D2、D3にはんだピンがありますが、これらのチャ ンネルは内部的に無効であり、グランドに接続する必要があります。PAC1933では、D2とD3にはんだピンがありま すが、これらのチャンネルは内部的に無効であり、グランドに接続する必要があります。

PAC1931/2/3/4

3.7

アドレス選択

(ADDR_SEL)

SMBusアドレスを選択するには、このピンとグランドの間に 抵抗を接続します。

3.8

イネーブルピン

(PWRDN)

デバイスのパワーダウン入力ピンで、アクティブLowです。

3.9

SLOW/ALERT

既定モードでは、このピンをHighにするとサンプリングレー トが8 spsになります。Lowにすると、サンプリングレート は、別のサンプリングレートがプログラミングされていない 限り、1,024 spsになります。このピンは、ALERTピンとし て動作するようにプログラムできます。ALERTモードの場 合、このピンとVDD I/Oの間にプルアップ抵抗が必要です。

3.10

露出サーマルパッド

(EP)

ピン

露出パッドは電気的に接続されていません。グランドに接続 する事を推奨します。

PAC1931/2/3/4

4.0

概要

PAC1934は4チャンネル、双方向のハイサイド電流検出デバ

イスです。高精度電圧計測機能、電力計算用DSP、積算電力

量計を備えています。PAC1931、PAC1932、PAC1933はそ れぞれPAC1934の1、2、3チャンネルタイプです。これらの

デバイスは外付け電流検出抵抗(V_SENSE)の両端電圧を計測す

る事で、バッテリまたは電圧レギュレータのハイサイド電流

を検出します。また、PAC1931/2/3/4はSENSE+ピンの電圧

(VBUS)も計測します。VBUSとVSENSEの両方を16ビットADC

によってデジタル値に変換し、それをさらに乗算してV_POWER 値を求めます。VPOWERの値はオンチップで積算されるため、 積算期間中の電力量計測が可能です。 PAC1931/2/3/4は、デジタル制御と結果読み取り用のI2C/SMBus インターフェイスを備えています。また、I2C/SMBusのデジタ ルマスタと同じ電源に接続するためのデジタル電源の参照電 圧用V_DD I/Oもあり、デジタルI/Oの電圧を1.62 Vまで合わせ られます。 図 4-1に、システム構成図を示します。

図

4-1:

PAC1931/2/3/4

システム構成図

Note: V_DD and V_DD I/O may be connected together.

PAC1934 _System Master SM_DATA SM_CLK VSOURCE 0V – 32V Sense Resistors VDD 1.62V to 5.5V Digital Supply GND 2.7V to 5.5V SEN SE 1 + SEN SE 1 -SEN SE 2 + SEN SE 2 -SEN SE 3 + SEN SE 3 -SEN SE 4 + SEN SE 4 -VSOURCE 0V – 32V VSOURCE 0V – 32V VSOURCE 0V – 32V Load Load Load Load SLOW PWRDN ADDRSEL VDD I/O PAC193X

PAC1931/2/3/4

図

4-2:

PAC1931/2/3/4

機能ブロック図

図

4-3:

検出抵抗の

PCB

パターン

図4-3は、電流検出抵抗向け大電流経路用ワイドトレース向け に推奨する電圧取り出しパターンです。図は銅箔、はんだペー ストのステンシル、抵抗の外形を示しています。大電流経路の +端子にVSOURCE、-端子に負荷を接続します。大電流が流れ る銅箔が V_SENSE 計測経路に含まれないようにするため、 SENSE+とSENSE-はケルビン接続で電流検出抵抗に接続し ます。SENSE+とSENSE-は差動ペアとして示しています。デ バイスのSENSE入力には差動ペアとして配線します。これら の入力ピンに対しては配線抵抗が1 kΩ まで許容できます。こ れよりセンス抵抗から本デバイスまでの配線距離やレイアウト に柔軟性を与えられます。 VDD GND VDD I/O ADDRS EL SLO W/ALE RT Accumlato r Differen tia l VSENS E Amplifier VBUS Buffer/ Divi der SM_CLK SM_DATA PWRDN I 2 C/SMBu s

ADC/MUX Clocking & Control VBUS Registe rs VSENS E Registe rs VPOWE R Registe rs Accumulator Registe rs Control Registe rs Calculation and Calibra tion 16-bit ADC 16-bit ADC Resistor Decoder SENSE 1+ SENSE 1-SENSE 2+ SENSE 2-SENSE 3+ SENSE 3-SENSE 4+ SENSE 4-VBUS1 VBUS2 High Voltage MUX VBUS4 Sen se1+ Sen se2+ Sen se1-Sen se2-Sen se3+ Sen se3-Sen se4+ Sen se4-VBUS3

PAC1931/2/3/4

4.1

詳細説明

高電圧マルチプレクサは入力ピンをVBUSとVSENSEアンプに 接続します。アンプ出力チャンネルは同時にサンプリングさ れ、16ビットADCで変換してから処理されてゲイン誤差と オフセット誤差が修正されます。計測後、V_BUSとV_SENSEを 乗算してVPOWERを求めます。 内部オシレータとデジタル制御信号が2つのADCとマルチプ レクサを制御します。マルチプレクサは各チャンネルのアン プをADCの入力に順番に接続します。 PAC1931/2/3/4は、ソース側電圧VBUSと、外付け電流検出 抵抗R_SENSEの両端電圧V_SENSEを計測します。

4.1.1

初期動作とアクティブ

ステート

PORと起動シーケンス後、デバイスはアクティブステート になり、入力を順番にサンプリングします。全てのアクティ ブチャンネルで電圧と電流をサンプリングし、電力を計算し て積算します。全てのアクティブチャンネルのサンプリング レート既定値は1,024 spsです。256、64、8 spsのサンプリ ング レートはI2CまたはSMBusでプログラムできます。 SLOWピンがアサートされるとサンプリングレートは8 sps になります。1,024 spsよりも低いサンプリングレートでは デバイスは計測サイクルの一部でスリープになり、電力消費 が低下します。アクティブチャンネルが4つ未満の場合も消 費電力が低減されます。 積算電力量計のデータを読み出して積算電力量計をリセット するには、REFRESHコマンドを使います。積算電力量計を リセットせずに電圧、電流、電力、積算電力量計のデータを 読み出すにはREFRESH_Vコマンドを使います。制御レジス タ(01h)への変更は、REFRESHまたはREFRESH_Vを送信 して有効にします。制御レジスタ(01h)に新しい値が書き込 まれると、その新しい値は次の REFRESH または REFRESH_Vコマンドに続いて発生するラウンドロビンサ ンプリングサイクルの終わりに有効になります。

4.1.2

REFRESH

コマンド

マスタは、制御レジスタの変更後またはデバイスから積算電 力量計のデータを読み出す前にREFRESHコマンドを送信し ます。マスタはこの方式で積算期間を制御します。 VBUS、VSENSE、電力、積算電力量計出力、積算電力量計測 数の読み出し可能レジスタはREFRESHコマンドで更新され、 値は次のREFRESHコマンドが送信されるまで更新されませ ん。これらの読み出し可能レジスタは、REFRESHコマンド を送信してから1 ms以内に安定し、次のREFRESHコマンド が送信されるまでいつでもマスタによって読み出せます。内 部積算電力量計値と積算電力量計測数はREFRESHコマンド でリセットされますが、入力のサンプリング、データ計測、 電力の積算は中断されず、制御レジスタの設定に従って継続 します。 制御レジスタとコンフィグレーションレジスタへの変更の書 き込みはREFRESHコマンド送信後1 msで有効になります。 この1 msの間に書き込まれた新しいコマンドは無視され、そ れらのコマンドが無視された事を示すためにNACKが送信さ れます。 V_BUSとV_SENSEの計測結果の値と電力を求めた結果は、積算 電力量計と積算電力量計測数と同様にREFRESHコマンドに 応答します。読み出し可能レジスタはREFRESHコマンドを 送信してから1 ms以内に安定し、いつでもマスタによって読 み出せます。内部の値は、制御レジスタに設定されているサ ンプリング プランに従って引き続き更新されます。VBUS、 V_SENSE、電力の読み出し可能レジスタに送られる結果は、直 近の計測サイクルの値です。レジスタ 6-1 REFRESHコマン ド (アドレス00h)を参照してください。

4.1.3

REFRESH_G

コマンド

REFRESH_Gは、I2Cのジェネラルコール アドレス(0000 000)で使う点を除いて、REFRESHコマンドと全く同じです。 これにより、システムは1つのコマンドでシステム内にある 全てのPAC1931/2/3/4デバイスにREFRESHコマンドを送信 できます。その後は、REFRESH_Gコマンドで得られるデー タを、全てのデバイスについてシステムの電力と電力量のス ナップショットを取得するためにデバイス別に読み出す事が できます。レジスタ 6-12 REFRESH_Gコマンド (アドレス 1Eh)を参照してください。REFRESH_Gコマンドは有効な スレーブアドレスと一緒にも使えます。しかしその場合、該 当するスレーブアドレスを持つデバイスだけがコマンドを受 け取ります。つまり、REFRESHコマンドと同じ性質を持ち、 I2Cのジェネラルコールアドレスと互換になり得るコマンド です。

4.1.4

REFRESH_V

コマンド

積算電力量計をリセットせずにVSENSEとVBUSの結果、最新 の電力計算、積算電力量計の値とカウントを読み出す場合、 REFRESH_Vコマンドを送信します。REFRESH_Vコマン ドを送信して1 ms待つと、VSENSE、VBUS、電力、積算電力 量計と積算電力量計測数の値が安定し、マスタで読み出せま す。入力のサンプリング、データ計測、電力の積算は中断さ れず、制御レジスタの設定に従って継続します。これら読み 出し可能レジスタのデータは、次の REFRESH または REFRESH_Vコマンドまで安定したままです。内部の積算電 力量計値と積算電力量計測数はREFRESH_Vコマンドの影響 を受けません。 REFRESH_Vコマンドは、REFRESHコマンドのように制御 レ ジ ス タ へ の 変 更 を 有 効 化 す る た め に も 使 え ま す が、 REFRESH_Vコマンドによる制御レジスタへの変更は、積算 電力量計または積算電力量計測数をリセットせずに行う点が 異なります。レジスタ 6-13 REFRESH_Vコマンド (アドレ ス1Fh)を参照してください。

PAC1931/2/3/4

4.1.5

スリープステート

スリープステートはアクティブステートよりも低消費電力の 状態です。このステート中にデバイスがVDDピンから消費す る電流はI_SLEEPです。デバイスは、選択されているサンプリ ングレートが1,024 spsよりも低い場合、あるいはアクティ ブなチャンネルが4つ未満の場合、計測サイクル間で自動的 にこのステートになります。全てのデジタルステートとデー タは、スリープステートでも保持されます。SLEEPビットを セットしてREFRESHまたはREFRESH_Vコマンドを実行 してもスリープステートにする事ができます。SLEEPビット をクリアしてREFRESHまたはREFRESH_Vコマンドを実 行するとサンプリングが再開します。デバイスは、SMBusが アイドルであったとしてもスリープステートになりません。 SMBusタイムアウトが有効な場合、設定条件によりスリープ モードまたはアクティブモードでサポートされます。

4.1.6

パワーダウン

ステート

パワーダウンステートにするには、PWRDNピンをLowにし ます。このステートでは、SMBusピンを含むデバイスの全て の回路が非アクティブになり、デバイスは最も電力を消費し ません。 パワーダウンステートでは、データはデバイスに保存されま せん(レジスタコンフィグレーションも計測データも残りま せん)。PWRDNピンをHighにすると、セクション 4.1.1「初 期動作とアクティブ ステート」で説明したように、積分、計 測、積 算 が 既 定 値 の レ ジ ス タ 設 定 を 使 っ て 始 ま り ま す。 PWRDNピンをHighにして20 ms経過すると、REFRESHま たはREFRESH_Vコマンドで計測データをリクエストできる ようになります。

4.1.7

サンプリング

レートと

SLOW

ピンのプロ

グラミング

起動後の既定値のサンプリングレートは1,024 spsです。256、 64、8 spsのサンプリングレートはレジスタ 6-2制御レジスタ (アドレス01h)でプログラムできます。新しく設定したサンプ

リングレートはREFRESH、REFRESH_G、REFRESH_Vコ マ ン ド を 受 け 取 る ま で 有 効 に な り ま せ ん。い ず れ か の REFRESHコマンドを受け取ると、進行中のラウンドロビン サンプリング サイクルを完了してから新しいサンプリング レートが有効になります。例えば、8 spsでサンプリングして いて新しいサンプリングレートを設定した場合、その新しい サンプリングレートが有効になり、サンプリングレートに関 連した全てのレジスタ(CTRL_ACT等)が新しい値を表示する までには最大125 msかかります。 これら低いサンプリングレートのいずれかを使うと、消費電 力が抑えられます。ラウンドロビンサンプリングと計測サイ クルに変更はありませんが、計測サイクル間でデバイスがス リープします。セクション 2.0「代表性能曲線」を参照して ください。 SLOWピンをHighにすると、デバイスは8 spsでサンプリン グします。設定されているサンプリングレートに関係なく、 次の計測サイクルでこの新しいSLOWサンプリングレートが 有効になります(SLOWピンがHighになった時にラウンドロ ビン計測サイクルが進行中の場合、その計測サイクルを完了 後にSLOWサンプリングレートが有効になります)。 デバイスがシングルショットモードに設定されている場合、 SLOWピンがアサートされると125 ms以内に最初のサンプ リングが始まります。 デバイスがスリープステートの場合、SLOWピンをアサート してもサンプリングは始まりません。 SLOWピンのステート変化時はいつでも、機能限定REFRESH またはREFRESH_Vコマンドをハードウェアで実行できます (既定値はREFRESH)。他のREFRESHコマンドのように、 REFRESHコマンドは積算電力量計と積算電力量計測数をリ セットし、REFRESHまたはREFRESH_Vは読み出し可能レ ジスタを更新します。これらのコマンドは制御レジスタまたは ステータスレジスタで設定されている変更を有効にしないた め、機能限定のREFRESHコマンドです(制御レジスタとステー タスレジスタとは01h、1Ch、1Dh、20h～26hレジスタを指 します)。読み出し可能レジスタは、SLOWピンの遷移後1 ms 以内に新しい値で安定します。

SLOWレジスタでは、SLOWピンの遷移時にREFRESHと

REFRESH_Vのどちらを実行し、それぞれの機能をどちらの エッジで無効にするのかを選択できる他、エッジだけでなく レベルでも見る事が可能です。レジスタ 6-14 SLOW(アドレ ス20h)を参照してください。 既定値はSLOWピンとしての機能ですが、ALERTピンとし て機能するように設定する事もできます ( セクション 4.4

「ALERT機能」参照)。SLOWピンをALERTピンとして設定

する場合、制御レジスタ01hの設定でのみ8 spsの遅いサンプ

PAC1931/2/3/4

4.2

計測サイクル

デバイスの計測サイクルは、全てのチャンネルで実行するア ナログ-デジタル変換で構成されます(各計測サイクルの一部 であるリアルタイム校正を含む)。データ計測直後チャンネル の電力が計算され、その値が積算電力量計に加算されます。 VSENSEとVBUSの平均値も各計測サイクルの一部として内部 で更新されます。 データ計測と処理はアクティブチャンネルごとに順番に実行 され、全てのアクティブチャンネルが計測されるとデバイス の計測サイクルが完了します。全体的なサンプリングレート を設定するために必要な各チャンネルのシーケンシャルサン プリング時間、計算時間、スリープ時間を合わせて、ラウン ドロビンサンプリング期間と呼びます。

4.3

計測サイクルの制御

4.3.1

サンプリング

チャンネル数の削減

アクティブなチャンネルの数を減らすにはレジスタ 6-10

CHANNEL_DIS and SMBus (アドレス1Ch)を設定します。

一部のチャンネルを無効にしてもサンプリングレートには影

響しませんが、消費電力をほんのわずかですが減らせます。 一部または全てのチャンネルを無効にできます。全てのチャ ンネルを無効にするとデバイスはスリープに移行します。

PAC1934 ではレジスタの設定で、PAC1931、PAC1932、

PAC1933では工場書き込みでチャンネルを無効にすると、自 動インクリメントポインタはそれらのチャンネルを既定値で スキップします(セクション 5.5「自動インクリメント ポイン タ」参照)。

4.3.2

シングルショット

モード

制御レジスタを使ってデバイスをシングルショットモードで 動作させる事もできます。シングルショットモードでは、全 てのアクティブチャンネルでサンプリングと変換を一度行 い、続いて結果を計算します。積算電力量計と積算電力量計 測数は連続計測モードの場合と同じように動作し、シングル ショットの電力計算のたびに積算し、積算電力量計測数をイ ンクリメントします。REFRESHコマンド(またはREFRESH_V、 REFRESH_G)を送信すると計測サイクルが始まります。 シングルショットの計測と計算が完了するとデバイスはス リープに移行します。データを読み出すには REFRESH、 REFRESH_G、REFRESH_Vコマンドのいずれかを送信し ます。REFRESHコマンドを送信した後、いずれかのREFRESH コマンドを送信して次のシングルショット計測を命令するに は3 ms待つ必要があります。これは、REFRESHコマンド間 には1 msの遅延が必要で、スリープからの復帰には2 ms必 要であるためです。

4.4

ALERT

機能

ALERT機能は2つの目的で使えます。1つは全てのアクティ ブチャンネルの計測サイクルが完了した事をシステムに通知 するため、もう1つは積算電力量計または積算電力量計測数 がオーバーフローした事をシステムに通知するためです。

4.4.1

ALERT

機能の使い方

ALERT機能を使うには、レジスタ 6-2制御レジスタ (アドレ ス01h)を使ってALERTとして機能するようにSLOWピンを 設定します。このためには、ALERTピンとVDD I/O(オープン ドレイン出力として機能)の間にプルアップ抵抗が必要です。 ALERT機能として使うため抵抗でプルアップすると、デバイ スはSLOWモードで起動します。レジスタ 6-2制御レジスタ (アドレス01h)を使って、4つのサンプリングレートのいず れかに設定できます。 積算電力量計のオーバーフローを通知するALERT機能も、レ ジスタ 6-2制御レジスタ (アドレス01h)のOVFビットを監視 する事によって、SLOWピンを再設定せずに使えます。

4.4.2

計測完了後の

ALERT

レジスタ 6-2には、ALERT_CC機能を有効にするために使え るALERT_CCビットがあります。このビットをセットする と、ALERTピンは各計測サイクルが完了するたびに5 µS間 Lowになります。

4.4.3

積算電力量計オーバーフロー

ALERT

ALERT機能が有効で積算電力量計または積算電力量計測数の どちらかがオーバーフローした場合、ALERTピンを使ってシ ステムに通知できます。ALERTピンに対してこのトリガを有 効にするには、レジスタ 6-2制御レジスタ (アドレス01h)の bit 1をセットする必要があります。これらのオーバーフロー が発生するとレジスタ 6-2制御レジスタ (アドレス01h)の OVFビットはセットされます。

4.4.4

ALERT

と

OVF

のクリア

積算電力量計または積算電力量計測数のオーバーフローで ALERT機能がトリップすると、REFRESHコマンドを受け取 るまでアサートされたままになります。REFRESH_Gコマン ドも OVF ビットと ALERT 機能をクリアしますが、 REFRESH_Vコマンドはクリアしません。

PAC1931/2/3/4

4.5

電圧計測

各チャンネルのVBUS電圧は、各チャンネルのSENSE+ピン で計測します。高電圧マルチプレクサを各SENSE+ピンに接 続します。マルチプレクサは計測のために各SENSE+の入力 をADCに順番に接続します。結果は16ビットのV_BUS結果レ ジスタに保存され、14 MSBとVSENSEの数値が乗算されて V_POWERの結果値が求められます。V_POWERの結果は積算電 力量計に積算されます。 フルスケール電圧(FSV)は既定値で32 Vです。本デバイスは 双極性のVBUS計測を実行するように設定できます。この双 極性モードでV_BUSの負数の計算上のレンジは-32 Vですが、 実際のレンジは物理的要因により約-200 mVに制限されます。 このV_BUSの双極性機能により、正確なオフセット計測と修 正が可能です。双極性動作の場合、16ビットのVBUSの結果 は2の補数(符号付き)です。 SENSE+の計測電圧は、式 4-1を使って求められます。

式

4-1:

バス電圧

4.6

電流計測

PAC1931/2/3/4デバイスファミリはハイサイド電流検出回路 を内蔵しています。これらの回路は、固定の外付け電流検出 抵抗(R_SENSE)両端の電圧(V_SENSE)を計測し、その電圧を16 ビット値としてVSENSEの結果レジスタに保存します。 PAC1931/2/3/4の電流検出機能は100 mVのフルスケールレ ンジ(FSR)、単方向モード(既定値)で動作します。 単方向電流(既定モード)の場合、ADCの結果は符号なしバイ ナリフォーマットで表示されます。双方向電流検出の場合、 ADCの結果は2の補数(符号付き)フォーマットです。双方向 電流の計測ではレンジは±100 mVですが、後続の式ではFSR = 100 mVを使います。ゼロ近くの電流値でできるだけ高い 精度を得るために、双方向電流モードと8x電流平均化設定を 推奨します。

4.7

R

_SENSE

値の選択

RSENSEは検出する最大電流が分かっていれば簡単に求めら れます(式 4-2参照)。 IMaxには、場合によっては定格電流を十分に超える電流ピー クを含む値を選択する必要があります。

式

4-2:

R

_SENSE

の計算

フルスケール電流(FSC)は式 4-3から求められます。

式

4-3:

フルスケール電流

その結果、R_SENSEを流れる実際の電流は式 4-4で求められ ます。

式

4-4:

検出電流

V

_Source

32V

=

_×

_Denominator

---

V

BUS

V_SOURCE : SENSE+ピンで計測した電圧 VBUS : VBUSの結果レジスタから読み取っ た値 分母 : 216(単極性の計測) : 215(双極性の計測)

Rsense

FSR

IMax

---=

FSR : フルスケールのVSENSE電圧入力 R_SENSE : 外付けRSENSEの抵抗値 IMax : 計測する最大電流

FSC

100 mV

RSENSE

---=

FSC : フルスケール電流 RSENSE : 外付け検出抵抗値

I

_SENSE

FSC

VSENSE

Denominator

---×

=

ISENSE : 実際のバス電流 FSC : フルスケール電流値(式 4-3から) VSENSE : VSENSEの結果レジスタから読み 取った値 分母 : 216(単極性の計測) : 215(双極性の計測)

PAC1931/2/3/4

4.8

ADC

計測値、オフセット、

8x

平均化

PAC1931/2/3/4は主に多数の電力読み値を積算する電力量の 計測に適しています。これは本質的には平均化です。個別の 電圧と電流の計測も平均化によりノイズとオフセットを抑え られます。V_BUSとV_SENSEの平均値は内部で計算されます。 その際、VBUSn_AVG(レジスタ 6-7)とVSENSEn_AVG(レ ジスタ 6-6)レジスタに格納されている直近8つの値の移動平 均を使います。平均値は計測サイクル後に毎回内部で更新さ れます。これらの読み出し可能レジスタは、他の全ての読み 出し可能結果レジスタと同様にREFRESH、REFRESH_V、 REFRESH_Gコマンドで更新されます。精度が最も高く、ノ イズとオフセットが最も低い計測値を得るためには、これら の平均値を使えます。 ADCチャンネルは、特別なオフセットキャンセルテクニッ クを使います。ユーザが平均化していない結果を観察する場 合、VBUSとVSENSEのゼロ近傍では周期的パターンのオフセッ トばらつきが観測される可能性があります。ユーザはこれを ノイズと考えるかもしれませんが、実際には各種オフセット キャンセル回路の順番による内部回路のスイッチングが原因 です。平均化していないオフセットに見られるこの小さなば らつきは、8xの平均値で相殺できます。また、電力積算値で も相殺されます。全体的な影響は電源と温度のばらつき全体 で一貫してLSBに満たないオフセットです。 このオフセットキャンセルテクニックを図 4-4に示します。 各変換サイクルごとに全観測データを取得する事は容易では ないため、正確に観察する事は非常に困難です。ユーザによ るキャプチャデータではPAC1931/2/3/4の内部サンプリング レートと正確に一致する事はなく、その順番もデバイス内部 ほど周期的でも確定的でもなく見えます。データ計測は、各 計測の各入力で入れ換えポジション1～4のいずれかを使い、 4回の計測で4つ全ての順番を切り換えます。平均化が行われ ると以下に示すPermute Enabledの結果が得られ、ゼロ近傍 に分散されます。

図

4-4:

ADC

が切り換える

4

つの入れ換えの組み合

わせと結果として得られる低い平均オフ

セットの図、各ビンは

1

コードを表す

VBUSとVSENSE ADCの結果は、内部では17ビットの2の補

数(符号付き)です。分解能が1ビット追加されますが、結果 レジスタからはアクセスできません。NEG_PWR(アドレス 1Dh)レジスタは、計測結果を単極性と双極性のどちらの数値 として読み出し可能レジスタに報告するか判断します。双極 性の数値を使うと、グランドより下に降下する事がある双方 向電流(充電/放電)と電圧の計測に加えて、一部の読み値では 実際には負になる非常に小さな数値でより精度の高い結果が 得られます。 V_BUSとV_SENSEの平均値も求めます。直近の8つの値の移動 平均は、VBUSn_AVG(レジスタ 6-7)とVSENSEn_AVG(レ ジスタ 6-6)レジスタに格納されています。これらのレジスタ は、正確な値の表示にはPORの後に8回の計測サイクルを必 要とし、計測サイクルのたびに更新されます。これらの読み 出し可能レジスタは、他の全ての読み出し可能な結果レジス

タと同様にREFRESH、REFRESH_V、REFRESH_Gコマ

PAC1931/2/3/4

4.9

電力と電力量

電力のフルスケールレンジは使用する外付け検出抵抗によっ

て決まります(式 4-5参照)。

式

4-5:

電力

FSR

の計算

デバイスは、VBUSとVSENSEを乗算してVPOWERの結果を求

める事で電力の計測を実行します。式 4-6に示すように、比 例電力を求めるにはVPOWERの値を使用します。比例電力は 1サンプルで計測されたフルスケール電力FSRに対する割合 (1以下)です。双極性モードとは、VBUSが双極性モード、VBUS が双方向モード、またはV_BUSとV_SENSEが双極性/双方向性 の場合です。

式

4-6:

比例電力の計算

比例電力から実際の電力を求めるにはフルスケール電力FSR と乗算します(式 4-7参照)。この実際の電力値は1サンプルで 計測された電力です。

式

4-7:

電力の計算

これらのVPOWERの結果はオンチップでデジタル方式を使っ て積算され、VACCUMレジスタに保存されます。 電力量を計算する式 4-8と 4-9は、単極性モードと双極性モー ドのどちらかによって異なる分母項を使います。電力量に双 極性モードが適用されるのは、VBUSまたはVSENSEに双極性 /双方向モードが使われている場合です。式 4-8に、積算電力 量計の結果、積算電力量計測数、積算時間Tを使って、電力 量を求める方法を示します。この式で、Tはシステムクロッ クのタイムスタンプ、その他の合計積算時間の積算インジケー タのいずれかから既知である事が必要です。

式

4-8:

電力量の計算

式

4-9:

電力量の計算

式 4-9は積算電力とサンプリングレート、fsを使って電力量 を求める方法を示します。

PowerFSR

=

(

100 mV R

⁄

_SENSE

Ω

) 32V

×

RSENSEΩ : 外付けRSENSEの抵抗値 100 mV : フルスケールのVSENSE電圧入力 32V : フルスケールのV_BUS電圧入力

3.2V

2

⁄

R

_SENSE

Ω

=

P

_PROP

Vpower

Denominator

---=

分母 : = 228(単極性モード) 227(双極性モード)

P

_actual

=

PowerFSR P

×

_PROP

Energy

V accum

(

)

Denominator

---

₍

PwrFSR

₎

T

AccCount

---×

×

=

分母 : 228(単極性モード) : 227_{(双極性モード)}

Energy

V accum

(

)

Denominator

---

(

PwrFSR

)

fs

---×

=

分母 : 228_{(単極性モード)} : 227(双極性モード)

PAC1931/2/3/4

4.9.1

その他の積算電力量計情報

デバイス内では、電力計算および積算処理がレジスタの表現

形式によらず2 の補数形式で計算処理されます。V_BUS と

VSENSEは内部では17ビットの2の補数(符号付き)です。 V_POWERは、V_SENSEとV_BUSの14 MSBを乗算した積であり、

この結果は内部では31ビットの2の補数(符号付き)です。こ れによって得られる電力結果は、V_BUS結果レジスタとV_SENSE レジスタを乗算した積と異なる場合があります。しかし、こ の場合は以下で説明するようにV_BUSレジスタとV_SENSEレジ スタを乗算した積よりも電力結果レジスタから得られた電力 結果の方が正確です。

VSENSEとVBUSの両方がNEG_PWR(アドレス1Dh)レジスタ

で符号なし(単極性)としてプログラムされている場合、符号 なしの16ビットがVBUSとVSENSE結果レジスタにエクスポー トされます。 VBUSがレジスタ 6-11 NEG_PWR (アドレス1Dh)で符号付き (双極性)として設定されている場合、対応するデータは読み 出し可能結果レジスタ用に16ビットの2の補数(符号付き)に 切り詰められます。 VSENSEがレジスタNEG_PWR(アドレス1Dh)で符号付き(双 極性)として設定されている場合、対応する結果レジスタ値は 16ビットの2の補数(符号付き)に切り詰められますが、電力 の計算では17ビットの2の補数(符号付き)が使われます。こ のため、外部で計算した電力値(VBUS x VSENSE)とデバイス 内部で計算された実際の電力値が一致しない可能性がありま す。内部で計算された(また積算された)値の方が、外部で計 算された値よりも常に正確です。 連続電力積分期間(電力量積算期間とも呼ぶ)は1 ms程度から 数時間ですが、これはSMBus経由で選択したサンプルレート (sps)で異なります。サンプル数は積算電力量計測数レジスタ のサイズで16,777,216 (224)に制限されています。このカウ ントは1,024 spsで約273分、8 spsで約582時間に相当しま す。この積算電力量計測数はオーバーフローする事があり、 オーバーフローしてもリセットされません。 積算レジスタが最大値に達した状態を積算電力量計オーバー フローと呼びます。積算電力量計の出力は最大値のままでロー ルオーバーしません。ユーザはロールオーバーしてその時点 までの出力を読み出すための最悪条件の時間を計算できる他、 ロールオーバーを検出してその時点の出力を読み出すために 内蔵ALERT機能が使えます。 最悪条件の積算電力量計オーバーフローの時間は、積算して いる全ての計測をフルスケール値と考えて求められます。電 力値は28ビット、積算電力量計は48ビットのため、全てが フルスケール値とするとオーバーフローまでに220_サンプル を積算できます。ほとんどのアプリケーションで全てがフル スケール値になる事はありません。この事はV_BUSが32 Vで はない場合、特に当てはまります。VBUS電圧が低い場合、積 算可能なフルスケール電力量は32 V/V_BUSでスケーリングさ れます。この制限事項により、ほとんどの電力値がほぼフル スケールの場合、オーバーフローまでの積算期間が1,024 sps で17分、8 spsで36時間に制限される可能性があります。先 に説明した積算電力量計測数の制限はさらに、サンプルの合 計数を224に制限します。

PAC1931/2/3/4