[FAQ] INA240: 如何了解带宽规格

器件型号：INA240
主题中讨论的其他器件：INA193

如何了解带宽规格及其如何应用于我的 PWM 控制信号

INA240 采用与传统斩波稳定放大器类似的新型架构，其主要目标是更大限度地减少低频误差和漂移，同时在 PWM 环境中实现内联电流感应。因此，INA240 具有出色的 PWM 抑制、直流精度和温漂。

在了解以下参数之间的关系时，偶尔会遇到一些问题：

1. PWM 频率和占空比
2. INA240 带宽（3dB 频率）
3. INA240 稳定时间

这篇文章将对以上各方面进行讲解。

1.PWM 频率和占空比

在 BLDC 电机控制中，需要逐周期监控绕组电流。PWM 转换后，电流感应放大器的稳定速度越快，控制器根据电流测量作出决策的速度就越快。PWM 的两个参数立即醒目起来，这两个参数是 (1) PWM 频率和 (2) PWM 占空比。

有时有人会问，对于 100KHz PWM 应用，为什么我不能使用带宽为 100KHz 的电流分流监控器 (CSM)？我们不能简单地用是或否来回答，这取决于与所涉及 PWM 信号的频率和占空比相关的精度要求和稳定时间。

还是用 100KHz PWM 来举例说明，我们假设其占空比为 50%。每次 PWM 转换后，电流通常会发生变化，因此 CSM 必须稳定至新的差分输入。CSM 实际上获得的是一个基本频率为 200kHz 的输入信号。在进行下一次测量之前，CSM 最多有 5uS 可供使用，而不是 10uS。在这 5uS 期间，CSM 必须放大差分输入，同时解决共模干扰。

当占空比发生变化时，情况可能会变得更具挑战性。采用相同的 100KHz PWM 信号，如果占空比为 25%，则可使用时间从 5uS 减少到 2.5uS。

为了说明占空比的影响，将一个具有两个不同占空比的 100KHz 差分输入传递到同一个 CSM，下面显示了响应图。但在现实中，电机向 CSM 提供的差分输入很少是方波。

图 1 阶跃响应，100KHz 和 20% 占空比

图 2 阶跃响应，100KHz 和 80% 占空比

2.INA240 带宽（-3dB 频率）

带宽 (BW) 定义为半功率点，即输出功率降至峰值一半时的频率。它也称为 -3dB 频率。

INA240 的压摆率相对较高，为 2V/uS；带宽相对较宽，为 400kHz。在 100KHz 时，THDN 约为 2%，并在带宽的较高部分快速增加，如下图所示。

图 3 INA240 THDN 曲线

以下是 400kHz 正弦输入的时域图，由 INA240A1 放大。输出仍可以达到峰值功率的一半，但波形开始看起来更像三角形波，而不是正弦波。 

图 4 INA240 对 400kHz 正弦输入的响应

3.INA240 稳定时间

在 INA240 电气特性表中，稳定时间通常显示为 9.6uS，精度为 0.5%；稳定时间通过 2V 输出步长进行测试。

如果放宽精度要求，可以显著缩短稳定时间。例如，如果精度为 1%，则稳定时间通常为 5uS。

INA240 采用独特的偏移消除拓扑来实现出色的 PWM 共模抑制和出色的直流精度。代价是差分稳定更慢且在较高频率时失真更大。

在内部，偏移消除在 400kHz（2.5uS 周期）时钟上运行。差分输入的变化将需要几个这样的时钟周期对其进行采样和放大。如果输入相对于该时钟而言较慢，则必须始终使用偏移消除算法以每次 2.5uS 的速度跟上它。

正因为如此，响应曲线中有“阶跃”或“波形”，而传统线性放大器中不存在。

显然，相对于外部世界提供的输入，此时钟是异步的；正因为如此，“阶跃”或“波形”将根据输入和时钟的相对时序发生移位。相同的偏移消除方案也会导致在较高频率下产生失真。

图 5 INA240 差分阶跃和斜升响应

图 6 INA193 差分阶跃和斜升响应

结语

INA240 专为 PWM 应用而设计，非常适合电机内联感应。在考虑将 INA240 用于此类应用时，应权衡多个参数以确定其是否匹配。这些参数包括 PWM 频率、占空比和稳定要求。