CXAO42311/CXAO42311B 高精度电流/功率监控器16位ADC | I²C/SMBus接口 | 双向检测 | 0-36V共模 | Alert输出

产品版本Rev 1.0 | 更新日期2026年7月 | 型号CXAO42311 / CXAO42311B | 封装VQFN-16L 3x3产品概述CXAO42311/CXAO42311B 是一款高精度电流检测监控器集成16位ADC和I²C/SMBus接口通过读取负载电流和功率为系统提供全面的信息。该器件同时检测分流电阻压降和总线电压通过内部模数转换器转换为电流安培和功率瓦特。可编程校准、可调转换时间和平均功能提供了灵活的设计方案。CXAO42311/CXAO42311B 支持-40°C至125°C的宽温度范围工作电压2.7V至5.5V共模总线电压0V至36V。器件还提供开漏输出的Alert功能可在过流、过压和过功率情况下向主控发出警告实现全面的系统保护。两种型号的区别在于I²C输入逻辑电平CXAO42311VIH1.2V, VIL0.4VCXAO42311BVIH0.7×VS, VIL0.3×VS适应不同的主控逻辑电压。采用VQFN-16L 3x3小封装适用于服务器、网络设备、便携式电池供电系统、负载点电源模块及高端数字电视等应用。核心优势 16位ADC高精度测量 双向电流检测高侧/低侧 0-36V共模电压 增益误差0.3% 失调电压25μV 可编程报警阈值 I²C/SMBus接口两种逻辑电平可选 小封装VQFN-16L。助力工程师实现精准、灵活、可靠的电流/功率监控。1. 产品概述与市场定位在服务器、网络设备、便携式电池供电系统以及POL负载点电源模块中精确的电流、电压和功率监测对系统管理和保护至关重要。传统方案使用分立ADC或外部运算放大器精度和集成度有限。CXAO42311/CXAO42311B 将高精度电流检测放大器、16位ADC、数字接口和报警功能集成于单一芯片支持高侧和低侧双向电流检测提供完整的数字电流、电压和功率读数简化了系统设计提高了可靠性。其宽共模电压范围0-36V适应多种总线电压可编程转换时间和平均值滤波满足不同精度和速度需求。Alert功能可在检测到异常时快速通知主控实现及时保护。两种I²C逻辑电平版本使其兼容1.8V、3.3V或5V主控设计更加灵活。小封装和低功耗特性使其特别适合空间受限的便携设备和高密度板卡。2. 主要特点与技术亮点16位ADC高分辨率电流/电压/功率测量双向电流检测支持高侧和低侧检测宽共模电压0V至36V高精度增益误差0.3%最大失调电压25μV最大I²C/SMBus接口快速模式(400kHz)和高速模式(2.94MHz)两种逻辑电平CXAO42311: 1.2V/0.4VCXAO42311B: 0.7×VS/0.3×VS可编程报警过流、过压、过功率Alert低功耗静态电流550μA典型关断模式3.5μA其他特性可编程校准灵活设置电流分辨率和功率计算平均值滤波1至1024次平均有效抑制噪声16个可配置地址通过A1/A0引脚选择支持多器件共用总线Alert响应支持SMBus Alert响应协议3. 引脚封装与说明CXAO42311/CXAO42311B 采用 VQFN-16L 3x3 封装引脚功能包括A1/A0地址选择、Alert开漏报警输出、SDA数据、SCL时钟、VS电源、GND地、VBUS总线电压输入、IN-负电流检测输入、IN正电流检测输入等。详细引脚排列请参考数据手册。4. 典型应用电路与内部方框图典型应用电路为高侧电流检测电源 → 分流电阻RSHUNT→ 负载芯片检测分流电阻压降和总线电压通过I²C接口输出数字电流和功率值。Alert引脚用于过流/过压/过功率报警。内部集成功能模块包括16位Δ-Σ ADC、可编程增益放大器、带隙基准、I²C/SMBus接口、报警比较器、控制逻辑、寄存器组等。5. 极限参数与电气特性设计参考极限参数表Absolute Maximum Ratings符号参数最小值最大值单位VS电源输入电压-0.36VVCM共模电压(IN IN-)/2-0.340VVSENSE差分电压IN - IN--4040VVBUS总线电压输入-0.340V其他引脚数字I/O等-0.36VIN输入电流任一引脚-5mAIOUT开漏输出电流-10mATJ结温范围-40150℃TSTG存储温度-65150℃ESD (HBM)人体模型-2kV推荐工作条件Recommended Operating Conditions参数条件最小值典型值最大值单位共模输入电压VCM0-36V工作电源电压VS2.73.35.5V结温范围TJ-40-125℃环境温度TA-40-85℃关键电气特性典型值VS3.3VVIN12VVSENSE0mVTA25℃参数测试条件最小值典型值最大值单位工作电源范围VS2.7-5.5V静态电流正常IQ-550650μA静态电流关断IQ_SD-3.56μA上电复位阈值VPOR-2-V感测电压输入范围VSENSE-81.92-81.9175mV总线电压输入范围VBUS0-36V共模抑制比CMRR (0-36V)126140-dB感测失调电压RTIVS_OS-±2.5±25μV增益误差最大GE-0.020.3%ADC分辨率--16-位转换时间可编程tCONV139-8205μsI²C时钟频率快速/高速fSCL1-2940kHzCXAO42311 高电平输入电压VIH1.2--VCXAO42311 低电平输入电压VIL--0.4VCXAO42311B 高电平输入电压VIH0.7×VS--VCXAO42311B 低电平输入电压VIL--0.3×VSV6. 工作原理与设计指导6.1 工作模式与配置通过配置寄存器00h可设置ADC转换时间、平均次数和工作模式。支持连续模式、触发模式和关断模式。默认连续模式下ADC持续转换感测电压和总线电压并自动计算电流和功率。转换时间从139μs到8.205ms可调更长的时间提高抗噪性。平均功能1~1024次进一步滤除噪声提升测量精度。6.2 校准与电流计算校准寄存器05h根据分流电阻和所需电流分辨率计算。公式如下Calibration_Setting 0.00512 / (RSHUNT × I_LSB)其中 I_LSB 为测量电流的分辨率A/LSB。电流值 (感测电压 × 校准值) / 2048功率值 (总线电压 × 电流) / 20000编程示例展示了如何配置并获取电流和功率读数。6.3 Alert功能通过Mask/Enable寄存器06h和Alert Limit寄存器07h可设置五种报警感测过压SOL、感测欠压SUL、总线过压BOL、总线欠压BUL和功率过载POL。Alert引脚为开漏输出当所选事件超过阈值时拉低。支持锁存模式或透明模式可通过ALE位配置。同时支持转换就绪指示CVRF和SMBus Alert响应协议。6.4 数字接口与地址支持I²C/SMBus快速模式400kHz和高速模式2.94MHz。通过A1/A0引脚可配置16个从地址最多16个器件共用同一总线。CXAO42311和CXAO42311B的区别在于I²C输入逻辑电平以适应不同的主控电压如1.8V、3.3V、5V。6.5 寄存器汇总命令码寄存器名称访问说明默认值00hConfigurationR/W工作模式、转换时间、平均次数4127h01hSense VoltageR感测电压读数2.5μV/LSB0000h02hBus VoltageR总线电压读数1.25mV/LSB0000h03hPowerR计算功率值25×I_LSB×LSB0000h04hCurrentR计算电流值I_LSB0000h05hCalibrationR/W电流校准设置0000h06hMask/EnableR/W报警使能和标志0000h07hAlert LimitR/W报警阈值设定0000hFEhManufacturer IDR制造商ID1214hFFhDie IDR芯片ID2260h7. 应用信息与设计指南7.1 选择分流电阻分流电阻值需权衡精度和功耗。建议满量程感测电压范围在40mV~60mV3.3V供电或50mV~100mV以充分利用ADC输入范围±81.92mV。低阻值减少压降但低电流时误差可能增加因为失调电压影响更显著。注意电阻的功率额定值和温漂。7.2 输入滤波与保护可在输入端添加RC滤波器建议R≤100Ω以抑制噪声但需注意电阻匹配对增益和CMR的影响。对于瞬态过压如负载突降、反接等建议在输入端并联TVS或齐纳二极管进行钳位保护。7.3 误差分析示例以系统共模电压36V电源5V分流电阻2mΩ1%负载电流25A为例各误差分量计算如下失调误差25μV / (2mΩ×25A) 0.05%增益误差0.3%最大PSRR误差(|3.3-5|×2.5μV/V) / 50mV 0.0085%CMRR误差(|12-36|×0.501μV/V) / 50mV 0.024%偏置电流误差(35μA×2mΩ) / 50mV 0.00014%非线性误差0.1%典型分流电阻误差1%总误差均方根约1.05%满足大多数系统要求。7.4 布局指南采用开尔文连接IN和IN-直接连接到分流电阻两端避免走线电阻引入误差分流电阻尽量靠近芯片走线宽而短电源旁路电容0.1μF紧贴VS和GND引脚VBUS引脚走线应远离噪声源数字信号线SCL、SDA、Alert远离模拟输入必要时使用地线隔离8. PCB布局建议开尔文检测必须将IN和IN-直接连接到分流电阻的相应端实现四线连接旁路电容VS引脚对地放置0.1μF陶瓷电容尽量靠近芯片走线宽度分流电阻到芯片的走线应足够宽≥0.5mm减少压降接地使用完整地平面芯片暴露焊盘Exposed Pad建议连接至地隔离模拟输入IN、IN-、VBUS与数字信号SCL、SDA、Alert应分开布线避免串扰热管理VQFN-16L封装热阻θJA30°C/W四层板注意散热9. 订购信息与技术支持CXAO42311I²C电平1.2V/0.4V和CXAO42311BI²C电平0.7×VS/0.3×VS均采用 VQFN-16L 3x3 封装无铅、RoHS合规且无卤素。技术支持包括评估板、参考设计原理图、BOM、PCB布局、应用笔记及FAE现场支持。