使用数字电流传感器进行功耗和能耗监控应用笔记
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2018-01-16
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Power Register
Current Register
I
2
C-, SMBus-,
PMBus
Compatible
Interface
Voltage Register
GND
VBUS
ADC
V
I
A0
A1
ALERT
SDA
SCL
C
0.1 µF
BYPASS
High-Side
Shunt
Low-Side
Shunt
Load
Alert
Registers
VS
Supply Voltage
(2.7 V to 5.5 V)
Bus Voltage
(0 V to 36 V)
IN-
Power
Accumulator
Copyright © 2017, Texas Instruments Incorporated
INA233
IN+
u
Power
Bus Voltage
Current
Calibration
Shunt Voltage
Shunt Voltage
Channel
Bus Voltage
Channel
24-bit
Power Accumulator
16-bit
ADC
1
ZHCA728–April Year
SBOA194 — http://www-s.ti.com/sc/techlit/SBOA194
版权 © Year, Texas Instruments Incorporated
使用数字电流传感器进行功耗和能耗监控
Dennis Hudgins
____________________________________________________
使使用用数数字字电电流流传传感感器器进进行行功功耗耗和和能能耗耗监监控控
Dennis Hudgins
随着对高能效系统的需求不断增长，精确监测系统功耗
和能耗变得越来越重要，也是越来越多工程师必须解决
的问题。该问题的一个解决方案是对电流和电压均使用
模数转换器 (ADC)，然后在处理器中对结果做乘法以获
得功耗。但是，获取电流和电压信息之间的通信延迟和
开销会在功耗测量中引起时间对准误差，因为电流和电
压都可以彼此独立地变化。为了尽可能减小电压和电流
测量之间的延迟，处理器需要为 ADC 通信和功耗计算
提供足够的处理能力。即使具有主要用于此功能的处理
器，与系统中其他器件的任何交互影响也可能延迟电压
和电流测量，从而降低功耗监测精度。增加额外的功能
（如计算平均的系统电压、电流和功耗以及进行能耗监
测）将进一步加重处理器执行额外功能的负担。
一种更好的功耗监测方法是使用数字电流监控器来执行
数学处理，将处理器解放出来处理其他系统任务，并在
需要进行更高级别的系统操作时通知处理器。德州仪器
(TI) 提供广泛的数字功耗和电流监控器来解决这个问
题。一款这样的功耗、电流和电压监控器便是
INA233。INA233 通过 I
2
C、SMBus、PMBus 兼容性接
口实现对电压、电流、功耗和能耗的监测。图 1 显示了
INA233 的典型应用和框图。
图图 1. INA233 典典型型应应用用电电路路
图 2 显示了电源转换引擎的简化框图。此示例在内部以
交错方式从分流电压和总线电压测量值计算功耗，从而
最大限度减小功耗计算中的时间对准误差。
图图 2. INA233 电电源源转转换换引引擎擎
内部功耗计算在后台完成，不影响 ADC 转换速率或数
字总线通信。此外，该器件还 具有 一个 ALERT 引脚，
它会在电流、功耗或总线电压超出预期工作范围时通知
主机处理器。在 INA233 中，故障事件是独立处理的，
因此当 ALERT 引脚有效时，可以通过读取内部状态寄
存器来报告多个同时的故障状态。INA233 的内部处理
和通知功能可将主机处理器解放出来管理其他任务，同
时该器件会持续监测系统。仅当需要额外的关注时，才
会通过 ALERT 引脚通知主机处理器。
INA233 还 具有 一个 24 位的功耗累加器，它将累加当
前的功耗读数，得出所有先前功耗读数之和。功耗累加
器可用于监测系统的能耗，从而得到随时间推移的平均
功耗测量值。由于功耗水平可能在任何给定时刻内波
动，因此通过能耗监测可以更好地衡量长时间范围内的
平均系统功耗。了解系统能耗可以衡量系统运行时间和
功效，以及涉及电源电压和处理器时钟速率调节的功耗
优化的效果。
用于分流电压和总线电压测量的 ADC 转换时间可编程
为 140μs 至 8.244ms 之间。较长的转换时间有助于降
低噪声敏感性和提高器件测量的稳定性。增加 ADC 转
换时间对测量结果的影响如图 3 所示。
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