INA219 (Español) PDF [PDF]

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INA219 Zerø-Drift, Bidirectional Current/Power Monitor With I2C Interface Feature       

Senses bus Voltage from 0 to 26 V. Reports Current, Voltage, and Power. 16 Programmable Addresses. High Accuracy: 0.5% (maximum) Over Temperature (INA219B). Filtering Options. Calibration Registers. SOT23 – 8 and SOIC – 8 Packages.

Applications        

Servers Telecom Equipment Notebook Computers Power Management Battery Chargers Welding Equipment Power Supplies Test Equipment

Descripción El INA219 es una derivación de corriente eléctrica (https://es.wikipedia.org/wiki/Shunt_(electrónica)) y monitor de potencia con una interfaz compatible con I2C o SMBUS. El dispositivo monitorea tanto la caída de voltaje en derivación (en línea) como el voltaje de alimentación del bus, con tiempos de conversión y filtrado programables. Un valor de calibración programable, combinado con un multiplicador interno, permite lecturas directas de corriente en amperios. Un registro multiplicador adicional calcula la potencia en vatios. La interfaz compatible con I2C o SMBUS presenta 16 direcciones programables. El INA219 está disponible en dos grados: A y B. La versión de grado B tiene mayor precisión y especificaciones de mayor precisión. El INA219 detecta entre derivaciones en los buses que pueden variar de 0 a 26 V. El dispositivo utiliza un solo suministro de 3 a 5.5 V, que consume un máximo de 1 mA de corriente de suministro. El INA219 funciona de –40 ° C a 125 ° C. Información del dispositivo (1) Número de pieza INA219

PAQUETE – FORMATO SOIC (8) SOT – 23 (8)

DIMENSIONES 3.91 mm x 4.90 mm 1.63 mm x 2.90 mm

(1) Para todos los paquetes disponibles, consulte el anexo ordenable al final de la hoja de datos.

Esquemático simplificado

Tabla de contenido 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

8.

9.

10. 11.

12.

Características Aplicaciones Descripción Revisión histórica Productos relacionados Configuración de pin y funciones Especificaciones 7.1. Índices absolutos máximos 7.2. Clasificaciones de ESD 7.3. Condiciones de operación recomendadas 7.4. Información térmica 7.5. Características eléctricas 7.6. Definiciones del diagrama de temporización del bus 7.7. Características típicas Descripción detallada 8.1. Visión general 8.2. Diagrama de bloques funcional 8.3. Descripción de la característica 8.4. Modos funcionales del dispositivo 8.5. Programación 8.6. Registrar mapas Aplicación e implementación 9.1. Información de la aplicación 9.2. Aplicación típica Recomendaciones de suministro de energía Diseño 11.1. Pautas de diseño 11.2. Ejemplos de diseño Dispositivo y soporte de documentación

Revisión histórica NOTA: Los números de página para revisiones anteriores pueden diferir de los números de página en la versión actual. (Omitido) Productos relacionados (Omitido) Configuración de pin y funciones

Funciones de los pines PIN SOT – 23

SOIC

IN+

1

8

IN-

2

7

GND Vs

3 4

6 5

SCL

5

4

SDA

6

3

A0

7

2

A1

8

1

NAME

I/O Entrada analógica

DESCRIPCIÓN

Tensión de derivación diferencial positiva. Conecte al lado positivo de la resistencia de derivación. Tensión diferencial negativa de derivación. Entrada Conecte al lado negativo de la resistencia de analógica derivación. El voltaje del bus se mide desde este pin a tierra. Analógico Tierra. Analógico Fuente de alimentación, 3 a 5.5 V. Entrada Línea de reloj del bus serie. Digital E/S Línea de datos del bus serie. Digital Entrada Dirección pin. La Tabla 1 muestra la configuración Digital de los pines y las direcciones correspondientes. Entrada Dirección pin. La Tabla 1 muestra la configuración Digital de los pines y las direcciones correspondientes.

Especificaciones Índices absolutos máximos Sobre funcionamiento libre - rango de temperatura del aire (a menos que se indique lo contrario) (1) MIN VS Entradas analógicas IN+, INSDA

Tensión de alimentación Diferencial (VIN+ - VIN-) (2) Modo común (VIN+ + VIN-)/2

-26 -0.3 GND – 0.3 GND – 0.3

SCL Entrada de corriente en cualquier pin Corriente de salida digital a drenaje abierto Temperatura de funcionamiento TJ Temperatura de la unión Tstg Temperatura de almacenamiento

-40 -65

MAX 6 26 26

V V V

UNIT

6

V

VS + 6

V

5 10 125 150 150

mA mA °C °C °C

(1) Las tensiones más allá de las enumeradas en Clasificaciones Máximas Absolutas pueden causar daños permanentes al dispositivo. Estas son solo clasificaciones de estrés, que no implican la operación funcional del dispositivo en estas o en otras condiciones más allá de las indicadas en las Condiciones de Operación Recomendadas. La exposición a condiciones máximas absolutas durante períodos prolongados puede afectar la confiabilidad del dispositivo. (2) VIN+ y VIN– pueden tener un voltaje diferencial de –26 a 26 V; sin embargo, el voltaje en estos pines no debe exceder el rango –0.3 a 26 V. Clasificaciones de ESD VALUE

V(ESD)

Electrostatic discharge

Human body model (HBM), per ANSI/ESDA/JEDEC JS – 001, all pins (1) Charged device model (CDM), per JEDEC specification JESD22 – C101, all pins (2) Machine Model (MM)

UNIT

±4000 ±750

V

±200

(1) JEDEC document JEP155 states that 500-V HBM allows safe manufacturing with a standard ESD control process. (2) JEDEC document JEP157 states that 250-V CDM allows safe manufacturing with a standard ESD control process. Condiciones de operación recomendadas Sobre funcionamiento libre - rango de temperatura del aire (a menos que se indique lo contrario)

MIN VCM VS TA

MON 12 3.3

MAX

-25

UNIT V V °C

85

Información térmica INA219 THERMAL METRIC (1) RθJA RθJC(top) RθJB ΨJT ΨJB RθJC(bot)

8 PINS 111.3 55.9 52 10.7

DCN (SOT) 8 PINS 135.4 68.1 48.9 9.9

°C/W °C/W °C/W °C/W

51.5

48.4

°C/W

N/A

N/A

°C/W

D (SOIC)

Junction – to – ambient thermal resistance Junction – to – case (top) thermal resistance Junction – to – board thermal resistance Junction – to – top characterization parameter Junction – to – board characterization parameter Junction – to – case (bottom) thermal resistance

UNIT

(1) Para obtener más información sobre las métricas térmicas tradicionales y nuevas, consulte el informe de la aplicación de métricas térmicas del paquete de semiconductores y CI, SPRA953. A TA = 25 °C, VS = 3.3 V, VIN+ = 12 V, VSHUNT = (VIN+ - VIN-) = 32 mV, PGA = /1, and BRNG (1) = 1, a menos que se indique lo contrario. PARÁMETRO

CONDICIONES DE LA PRUEBA

INA219A MIN

TYP

INA219B MAX

MIN

TYP

MAX

UNIT

INPUT VSHUNT

Rango de voltaje de detección de corriente (entrada) a escala completa

Rango de voltaje del bus (voltaje de entrada) (2) Rechazo de CMRR modo común

VOS

Voltaje de compensado, RTI (3) vs. Temperatura

PGA = /1 PGA = /2 PGA = /4 PGA = /8 BRNG = 1

0 0 0 0 0

±40 ±80 ±160 ±320 32

0 0 0 0 0

±40 ±80 ±160 ±320 32

mV mV mV mV V

BRNG = 0

0

16

0

16

V

VIN+ = 0 to 26 V PGA = /1 PGA = /2 PGA = /4 PGA = /8 TA = - 25 °C to 85 °C

100

120 ±10 ±20 ±30 ±40 0.1

100 ±100 ±125 ±150 ±200

120 ±10 ±20 ±30 ±40 0.1

dB ±50(4) ±75(4) ±75(4) ±100(4)

μV μV μV μV μV/°C

vs. Tensión de alimentación Error de ganancia de detección de corriente eléctrica vs. Temperatura IN+ corriente de polarización de entrada de pin IN- pin de corriente de polarización de entrada || VIN- pin de impedancia de entrada IN+ pin de fuga de entrada(5) IN- pin de fuga de entrada(5) DC ACCURACY Resolución básica de ADC Voltaje de derivación, 1 paso de LSB Tensión de bus, 1 paso de LSB Error de medición de corriente sobre temperatura Error de medición de voltaje del bus sobre temperatura PSRR

VS = 3 a 5.5 V

10

10

μV/V

±40

±40

m%

TA = - 25 °C to 85 °C

1

1

μV/ m%

Active mode

20

20

μA

Active mode

20 || 320

20 || 320

μA || kΩ

Power – down mode

0.1

±0.5

0.1

±0.5

μA

Power – down mode

0.1

±0.5

0.1

±0.5

μA

12

12

Bits

10

10

μV

4

4

mV

±0.2 % TA = - 25 °C to 85 °C

±0.2 %

±0.5 % ±1 %

±0.3 %(4) ±0.5 %(4)

±1 % ±0.2 %

TA = - 25 °C to 85 °C

±0.5 %

±0.2 %

±0.5 % ±1 %

No linealidad diferencial ADC TIMING Tiempo de conversión de ADC

±0.1 12 bit 11 bit 10 bit 9 bit

Tiempo mínimo de entrada de conversión

532 276 148 84

±0.1 586 304 163 93

4

532 276 148 84

LSB 586 304 163 93

4

SMBus Tiempo de espera del 28 SMBus (6) Entradas digitales (SDA como entrada SCL, A0, A1) Entrada 3 capacitiva Corriente de entrada de 0≤VIN≤VS 0.1 fuga Nivel lógico de entrada 0.7(VS) VIH Nivel lógico -0.3 de entrada VIL

μs

35

28

35

3 1

0.1

6

μs μs μs μs

0.7(VS)

0.3(VS) -0.3

ms

pF 1

μA

6

V

0.3(VS) V

(1) BRNG es el bit 13 del registro de configuración 00h en la Figura 19. (2) Este parámetro solo expresa el rango de escala completa de la escala ADC. En ningún caso se deben aplicar más de 26 V a este dispositivo. (3) Referido a entrada (RTI) (4) Indica que mejora las especificaciones del INA219B. (5) La fuga de entrada es positiva (la corriente fluye hacia el pin) para las condiciones que se muestran en la parte superior de la tabla. Las corrientes de fuga negativas pueden ocurrir bajo diferentes condiciones de entrada. (6) El tiempo de espera SMBus en el INA219 restablece la interfaz cada vez que SCL o SDA es bajo durante más de 28 ms. A TA = 25 °C, VS = 3.3 V, VIN+ = 12 V, VSHUNT = (VIN+ - VIN-) = 32 mV, PGA = /1, and BRNG (1) = 1, a menos que se indique lo contrario. PARÁMETRO

CONDICIONES DE LA PRUEBA

Histéresis OPEN – DRAIN DIGITAL OUTPUTS (SDA) Nivel de salida lógica ISINK = 3mA

INA219A MIN

TYP

INA219B MAX

500 0.15

MIN

TYP

MAX

500 0.4

0.15

UNIDAD mV

0.4

V

Corriente de fuga de VOUT = VS salida de alto nivel FUENTE DE ALIMENTACIÓN Rango de suministro operativo Corriente de reposo Corriente de reposo, modo de apagado Umbral de reinicio de encendido

0.1

3

1

5.5

0.1

3

1

μA

5.5

V

0.7

1

0.7

1

mA

6

15

6

15

μA

2

2

V

Descripción detallada Visión general El INA219 es un amplificador digital de detección de corriente con una interfaz compatible con I2C y SMBus. Proporciona lecturas digitales de corriente, voltaje y potencia necesarias para la toma de decisiones precisas en sistemas controlados con precisión. Los registros programables permiten una configuración flexible para la resolución de medición, así como la operación continua versus disparada. La información detallada del registro aparece al final de esta hoja de datos, comenzando con la Tabla 2. Consulte la sección Diagrama de bloques funcionales para ver un diagrama de bloques del dispositivo INA219. Diagrama de bloques funcional

Descripción de las características Funciones básicas del ADC Las dos entradas analógicas al INA219, IN + e IN–, se conectan a una resistencia de derivación en el bus de interés. El INA219 generalmente funciona con un suministro separado de 3 a 5,5 V. El bus que se detecta puede variar de 0 a 26 V. No hay consideraciones especiales para la secuencia de la fuente de alimentación (por ejemplo, un voltaje de bus puede estar presente con el suministro voltaje apagado, y viceversa). El INA219 detecta la pequeña caída a través de la derivación para el voltaje de derivación, y detecta el voltaje con respecto a tierra desde IN– para el voltaje del bus. La Figura 13 muestra esta operación. Cuando el INA219 está en el modo de funcionamiento normal (es decir, los bits MODE del registro de configuración se configuran en 111), convierte continuamente el voltaje de derivación al número establecido en la función de promedio de voltaje de derivación (registro de configuración, bits SADC). Luego, el dispositivo convierte el voltaje del bus al número establecido en el promedio del voltaje del bus (registro de configuración, bits BADC). El control de Modo en el registro de Configuración también permite seleccionar modos para convertir solo voltaje o corriente, ya sea continuamente o en respuesta a un evento (activado). Todos los cálculos actuales y de potencia se realizan en segundo plano y no contribuyen al tiempo de conversión; Los tiempos de conversión que se muestran en las Características Eléctricas: se pueden utilizar para determinar el tiempo de conversión real. El modo de apagado reduce la corriente de reposo y apaga la corriente en las entradas INA219, evitando cualquier drenaje de suministro. La recuperación completa del apagado requiere 40 μs. El modo ADC desactivado (establecido por el registro de configuración, bits de MODO) detiene todas las conversiones. Escribir cualquiera de los modos de conversión activados en el Registro de Configuración (incluso si el modo deseado ya está programado en el registro) activa una conversión de un solo disparo. La Tabla 6 enumera la configuración del modo de conversión activada.

Figura 13. INA219 configurado para medición de voltaje de derivación y bus Aunque el INA219 se puede leer en cualquier momento, y los datos de la última conversión permanecen disponibles, el bit listo para la conversión (registro de estado, bit CNVR) se proporciona para ayudar a coordinar las conversiones de disparo único o disparadas. El bit de conversión lista se establece después de completar todas las operaciones de conversión, promedio y multiplicación. El bit de conversión listo se borra en cualquiera de estas condiciones:   

Escribir en el registro de configuración, excepto cuando se configuran los bits MODE para modos de apagado o ADC apagado (deshabilitado). Lectura del registro de estado. Activar una conversión de un solo disparo con el pin de conversión.

Medida de potencia La corriente y el voltaje del bus se convierten en diferentes puntos en el tiempo, dependiendo de la resolución y la configuración del modo promedio. Por ejemplo, cuando se configura para un promedio de muestra de 12 bits y 128, es posible hasta 68 ms de tiempo entre el muestreo de estos dos valores. Nuevamente, estos cálculos se realizan en segundo plano y no se suman al tiempo de conversión general. Función PGA Si se desean voltajes de derivación de escala completa más grandes, el INA219 proporciona una función PGA que aumenta el rango de escala completa hasta 2, 4 u 8 veces (320 mV). Además, la medición de voltaje del bus tiene dos rangos de escala completa: 16 o 32 V. Compatibilidad con los controladores TI Hot Swap (Omitido) Modos funcionales del dispositivo Filtrado y consideraciones de entrada La medición de corriente a menudo es ruidosa, y dicho ruido puede ser difícil de definir. El INA219 ofrece varias opciones para filtrar eligiendo la resolución y promediando en el registro de Configuración. Estas opciones de filtrado se pueden configurar independientemente para medir el voltaje o la corriente. El ADC interno se basa en un front-end delta-sigma (ΔΣ) con una frecuencia de muestreo típica de 500 kHz (± 30%). Esta arquitectura tiene un buen rechazo de ruido inherente; sin embargo, los transitorios que ocurren en o muy cerca de los armónicos de la frecuencia de muestreo pueden causar problemas. Debido a que estas señales están a 1 MHz o más, pueden tratarse incorporando filtros en la entrada del INA219. La alta frecuencia permite el uso de resistencias en serie de bajo valor en el filtro para efectos insignificantes en la precisión de la medición. En general, el filtrado de la entrada INA219 solo es necesario si hay transitorios con armónicos exactos de la frecuencia de muestreo de 500 kHz (± 30%) (> 1 MHz). Filtre utilizando la resistencia en serie y el condensador de

cerámica más bajos posibles. Los valores recomendados son de 0.1 a 1 μF. La Figura 14 muestra el INA219 con un filtro adicional agregado en la entrada.

Figura 14. INA219 con filtrado de entrada Las condiciones de sobrecarga son otra consideración para las entradas INA219. Las entradas INA219 están especificadas para tolerar 26 V a través de las entradas. Un escenario diferencial grande podría ser un corto a tierra en el lado de carga de la derivación. Este tipo de evento puede dar como resultado un voltaje completo de la fuente de alimentación a través de la derivación (siempre que la fuente de alimentación o los condensadores de almacenamiento de energía lo admitan). Debe recordarse que quitar un corto a tierra puede dar como resultado retrocesos inductivos que podrían exceder el diferencial de 26 V y la clasificación de modo común del INA219. Los voltajes inductivos de contragolpe se tratan mejor con dispositivos de absorción de transitorios tipo zener combinados con suficiente capacidad de almacenamiento de energía. En aplicaciones que no tienen grandes electrolíticos de almacenamiento de energía en uno o ambos lados de la derivación, una condición de sobrecarga de entrada puede resultar de un dV / dt excesivo del voltaje aplicado a la entrada. Un corto físico duro es la causa más probable de este evento, particularmente en aplicaciones sin presencia de electrolíticos grandes. Este problema se produce porque un dV / dt excesivo puede activar la protección ESD en el INA219 en sistemas donde hay grandes corrientes disponibles. Las pruebas han demostrado que la adición de resistencias de 10 Ω en serie con cada entrada del INA219 protege suficientemente las entradas contra fallas dV / dt hasta la clasificación de 26 V del INA219. Estas resistencias no tienen un efecto significativo en la precisión. Programación Un aspecto importante del dispositivo INA219 es que mide la corriente o la potencia si se programa en función del sistema. El dispositivo mide tanto el voltaje diferencial aplicado entre los pines de entrada IN + e IN- como el voltaje en el pin IN-. Para que el dispositivo informe los valores de corriente y potencia, el usuario debe programar la resolución del Registro de corriente (04h) y el valor de la resistencia de derivación (RSHUNT) presente en la aplicación para desarrollar el voltaje

diferencial aplicado entre los pines de entrada. Tanto el Current_LSB como el valor de la resistencia de derivación se utilizan en el cálculo del valor del Registro de calibración que el dispositivo utiliza para calcular los valores de corriente y potencia correspondientes en función de los voltajes de derivación y bus medidos. Después de programar el Registro de Calibración, el Registro de Corriente (04h) y el Registro de Potencia (03h) se actualizan de acuerdo con las mediciones de voltaje de derivación y bus correspondientes. Hasta que se programe el Registro de calibración, el Registro actual (04h) y el Registro de energía (03h) permanecen en cero. Programación del registro de calibración El registro de calibración se calcula en base a la ecuación 1. Esta ecuación incluye el término Current_LSB, que es el valor programado para el LSB para el registro actual (04h). El usuario utiliza este valor para convertir el valor en el Registro actual (04h) a la corriente real en amperios. La resolución más alta para el Registro actual (04h) se puede obtener utilizando el Current_LSB más pequeño permitido basado en la corriente máxima esperada como se muestra en la Ecuación 2. Si bien este valor produce la resolución más alta, es común seleccionar un valor para el Current_LSB el número redondo más cercano por encima de este valor para simplificar la conversión del registro actual (04h) y el registro de potencia (03h) a amperios y vatios, respectivamente. El término R SHUNT es el valor de la derivación externa utilizada para desarrollar el voltaje diferencial a través de los pines de entrada. El Power Register (03h) está configurado internamente para que sea 20 veces el Current_LSB programado, vea la Ecuación 3. 0.04096 Cal = trunc ( ) Current_LSB × R SHUNT Donde: 0.04096 es un valor fijo interno utilizado para garantizar que la escala se mantenga correctamente (1) Current_LSB =

Maximum Expected Current 215

Power_LSB = 20Current_LSB

(2) (3)

El voltaje de derivación se calcula multiplicando el contenido del Registro de voltaje de derivación con el LSB de voltaje de derivación de 10 μV. Los bits de registro de voltaje del bus no están alineados a la derecha. Para calcular el valor de la tensión del bus, el contenido del registro de tensión del bus debe desplazarse tres bits hacia la derecha. Este cambio coloca el bit BD0 en la posición LSB para que el contenido se pueda multiplicar por el voltaje del bus LSB de 4 mV para calcular el voltaje del bus medido por el dispositivo. Después de programar el registro de calibración, el valor esperado en el registro actual (04h) se puede calcular multiplicando el contenido del registro de voltaje de derivación por el registro de calibración y luego dividiéndolo por 4096 como se muestra en la ecuación 4. Para obtener un valor en amperios, el registro actual el valor se multiplica por el Current_LSB programado.

Current Register =

Shunt Voltage Register × Calibration Register … (4) 4096

El valor esperado en el registro de potencia (03h) se puede calcular multiplicando el valor del registro de corriente por el valor del registro de voltaje del bus y luego dividiéndolo entre 5000 como se muestra en la ecuación 5. El contenido del registro de potencia se multiplica por la potencia LSB, que es 20 veces el valor Current_LSB para un valor de potencia en vatios. Power Register =

Current Register × Bus Voltage Register … (5) 5000

Programación del motor de medición de potencia Registro de calibración y escalado El registro de calibración permite al usuario escalar el registro actual (04h) y el registro de potencia (03h) al valor más útil para una aplicación determinada. Por ejemplo, configure el Registro de calibración de modo que se genere el mayor número posible en el Registro actual (04h) o en el Registro de energía (03h) en el punto esperado de escala completa. Este enfoque produce la resolución más alta utilizando el Current_LSB mínimo previamente calculado en la ecuación para el Registro de calibración. El registro de calibración también se puede seleccionar para proporcionar valores en el registro actual (04h) y el registro de potencia (03h) que proporcionan equivalentes decimales directos de los valores que se miden o producen un valor LSB redondo para cada registro correspondiente. Una vez que se han realizado estas elecciones, el Registro de calibración también ofrece posibilidades para la calibración a nivel del sistema del usuario final. Después de determinar la corriente exacta mediante el uso de un amperímetro externo, el valor del Registro de calibración se puede ajustar en función del resultado de corriente medido del INA219 para cancelar el error total del sistema como se muestra en la Ecuación 6. Cal × MeasShuntCurrent Corrected_Full_Scale_Cal = trunc ( ) … (6) INA219_Current Uso simple del monitor de derivación actual (no es necesaria la programación) El INA219 se puede usar sin ninguna programación si solo es necesario leer una caída de voltaje de derivación y voltaje de bus con la resolución predeterminada de 12 bits, rango de escala completa de derivación de 320 mV (PGA = / 8), bus de 32 V completo -rango de escala y conversión continua de derivación y voltaje de bus. Sin programación, la corriente se mide leyendo el voltaje de derivación. El registro actual y el registro de potencia solo están disponibles si el registro de calibración contiene un valor programado. Configuración por defecto Los estados de encendido predeterminados de los registros se muestran en la sección Detalles del Registro de esta hoja de datos. Estos registros son volátiles y, si se programan con valores distintos a los predeterminados, deben reprogramarse en cada encendido del dispositivo. La información

detallada sobre la programación específica del registro de calibración se encuentra en la sección Programación del Registro de Calibración. Resumen del bus El INA219 ofrece compatibilidad con las interfaces I2C y SMBus. Los protocolos I2C y SMBus son esencialmente compatibles entre sí. La interfaz I2C se utiliza en toda esta hoja de datos como el ejemplo principal, con el protocolo SMBus especificado solo cuando se aborda una diferencia entre los dos sistemas. Dos líneas bidireccionales, SCL y SDA, conectan el INA219 al bus. Tanto SCL como SDA son conexiones de drenaje abierto. El dispositivo que inicia la transferencia se llama maestro, y los dispositivos controlados por el maestro son esclavos. El bus debe ser controlado por un dispositivo maestro que genere el reloj serie (SCL), controle el acceso al bus y genere condiciones de INICIO y DETENCIÓN. Para direccionar un dispositivo específico, el maestro inicia una condición de INICIO tirando de la línea de señal de datos (SDA) de un nivel lógico ALTO a BAJO mientras SCL es ALTO. Todos los esclavos en el bus cambian en el byte de dirección del esclavo en el borde ascendente de SCL, con el último bit que indica si se pretende una operación de lectura o escritura. Durante el pulso del noveno reloj, el esclavo al que se dirige responde al maestro generando un Reconocimiento y tirando SDA BAJO. Luego se inicia la transferencia de datos y se envían ocho bits de datos, seguidos de un bit de reconocimiento. Durante la transferencia de datos, SDA debe permanecer estable mientras SCL es ALTO. Cualquier cambio en SDA mientras SCL es ALTO se interpreta como una condición de INICIO o DETENCIÓN. Una vez que se han transferido todos los datos, el maestro genera una condición de DETENCIÓN, indicada tirando SDA de BAJO a ALTO mientras SCL es ALTO. El INA219 incluye un tiempo de espera de 28 ms en su interfaz para evitar bloquear un SMBus. Dirección del bus serie Para comunicarse con el INA219, el maestro primero debe direccionar los dispositivos esclavos a través de un byte de dirección esclavo. El byte de dirección esclavo consta de siete bits de dirección y un bit de dirección que indica la intención de ejecutar una operación de lectura o escritura. El INA219 tiene dos pines de dirección, A0 y A1. La Tabla 1 describe los niveles lógicos de pin para cada una de las 16 direcciones posibles. El estado de los pines A0 y A1 se muestrea en cada comunicación de bus y debe establecerse antes de que ocurra cualquier actividad en la interfaz. Los pines de dirección se leen al comienzo de cada evento de comunicación. Tabla 1. Pines de dirección INA219 y dirección de esclavo A1 GND GND GND

A0 GND VS+ SDA

Dirección del esclavo 1000000 1000001 1000010

GND VS+ VS+ VS+ VS+ SDA SDA SDA SDA SCL SCL SCL SCL

SCL GND VS+ SDA SCL GND VS+ SDA SCL GND VS+ SDA SCL

1000011 1000100 1000101 1000110 1000111 1001000 1001001 1001010 1001011 1001100 1001101 1001110 1001111

Interfaz de serie El INA219 funciona solo como un dispositivo esclavo en el bus I2C y SMBus. Las conexiones al bus se realizan a través de las líneas de E / S de drenaje abierto SDA y SCL. Los pines SDA y SCL cuentan con filtros de supresión de picos integrados y disparadores Schmitt para minimizar los efectos de los picos de entrada y el ruido del bus. El INA219 admite el protocolo de transmisión para modos rápidos (1 a 400 kHz) y de alta velocidad (1 kHz a 2,56 MHz). Todos los bytes de datos se transmiten primero por el byte más significativo. Escribir y leer desde el INA219 El acceso a un registro particular en el INA219 se logra escribiendo el valor apropiado en el puntero del registro. Consulte la Tabla 2 para obtener una lista completa de registros y direcciones correspondientes. El valor para el puntero de registro como se muestra en la Figura 18 es el primer ̅ BAJO. Cada operación de byte transferido después del byte de dirección esclavo con el bit R/W escritura en el INA219 requiere un valor para el puntero de registro. Escribir en un registro comienza con el primer byte transmitido por el maestro. Este byte es la ̅ BAJO. El INA219 acusa recibo de una dirección válida. El dirección del esclavo, con el bit R/W siguiente byte transmitido por el maestro es la dirección del registro en el que se escribirán los datos. Este valor de dirección de registro actualiza el puntero de registro al registro deseado. Los siguientes dos bytes se escriben en el registro dirigido por el puntero de registro. El INA219 acusa recibo de cada byte de datos. El maestro puede terminar la transferencia de datos generando una condición START o STOP. Al leer desde el INA219, el último valor almacenado en el puntero de registro por una operación de escritura determina qué registro se lee durante una operación de lectura. Para cambiar el puntero de registro para una operación de lectura, se debe escribir un nuevo valor en el puntero de registro. ̅ BAJO, seguido por el Esta escritura se realiza emitiendo un byte de dirección esclavo con el bit R/W byte del puntero de registro. No se requieren datos adicionales. El maestro genera una condición ̅ ALTO para iniciar el comando de de INICIO y envía el byte de dirección del esclavo con el bit R/W lectura. El esclavo transmite el siguiente byte y es el byte más significativo del registro indicado por el puntero de registro. A este byte le sigue un Reconocimiento del maestro; entonces el esclavo

transmite el byte menos significativo. El maestro confirma la recepción del byte de datos. El maestro puede terminar la transferencia de datos generando un No-Reconocimiento después de recibir cualquier byte de datos, o generando una condición de INICIO o DETENCIÓN. Si se desean lecturas repetidas del mismo registro, no es necesario enviar continuamente los bytes del puntero del registro; el INA219 retiene el valor del puntero de registro hasta que la próxima operación de escritura lo cambie. La Figura 15 y la Figura 16 muestran diagramas de temporización de operación de escritura y lectura, respectivamente. Tenga en cuenta que los bytes de registro se envían primero al byte más significativo, seguido del byte menos significativo. La Figura 17 muestra el diagrama de tiempos para la operación de respuesta de Alerta SMBus. La Figura 18 muestra una configuración típica de puntero de registro.

Frame 1 Two – Wire Salve Address Byte (1)

Frame 2 Register Pointer Byte

Frame 3 Data MSByte

Frame 4 Data LSByte

Nota (1): El valor del Byte de dirección del esclavo está determinado por la configuración de los pines A0 y A1. Consulte la tabla 1. Figura 15. Diagrama de tiempo para el formato de escritura de palabras.

Notas: (1) El valor del Byte de dirección del esclavo está determinado por la configuración de los pines A0 y A1. (2) Los datos leídos provienen de la última ubicación del puntero de registro. Si se desea un nuevo registro, el puntero del registro debe actualizarse. Ver Figura 19. (3) ACK por maestro también se puede enviar. Figura 16. Diagrama de tiempos para el formato de palabras leídas.

Frame 1 SMBus ALERT Response Address Byte.

Frame 2 Slave Address Byte (1)

NOTA (1): El valor del Byte de dirección del esclavo está determinado por la configuración de los pines A0 y A1. Consulte la tabla 1. Figura 17. Diagrama de tiempo para la alerta SMBus

Frame 1 Two – Wire Slave Address Byte (1)

Frame 2 Register Pointer Byte

NOTA (1): El valor del Byte de dirección del esclavo está determinado por la configuración de los pines A0 y A1. Consulte la tabla 1. Figura 18. Conjunto de puntero de registro típico

Modo I2C de alta velocidad Cuando el bus está inactivo, los dispositivos pull-up tiran tanto de las líneas SDA como SCL. El maestro genera una condición de inicio seguida de un byte de serie válido que contiene el código maestro de alta velocidad (HS) 00001XXX. Esta transmisión se realiza en modo rápido (400 kbps) o estándar (100 kbps) (F / S) a no más de 400 kbps. El INA219 no reconoce el código maestro HS, pero lo reconoce y cambia sus filtros internos para admitir la operación de 2.56 Mbps. El maestro genera una condición de inicio repetida (una condición de inicio repetida tiene el mismo tiempo que la condición de inicio). Después de esta condición de inicio repetido, el protocolo es el mismo que el modo F/S, excepto que se permiten velocidades de transmisión de hasta 2.56 Mbps. En lugar de usar una condición de parada, se deben usar condiciones de arranque repetidas para asegurar el bus en modo HS. Una condición de parada finaliza el modo HS y cambia todos los filtros internos del INA219 para admitir el modo F/S. Para la sincronización del bus, consulte las Definiciones del diagrama de sincronización del bus (1) y la Figura 1. Condiciones de encendido Las condiciones de encendido se aplican a un restablecimiento de software a través del bit RST (bit 15) en el Registro de configuración, o el restablecimiento de llamada general del bus I2C. (1) Valores basados en un análisis estadístico de una muestra única de dispositivos. Los valores mínimos y máximos no están asegurados y la producción no se prueba. Registrar mapas Información de registro El INA219 utiliza un banco de registro para mantener los ajustes de configuración, los resultados de las mediciones, los límites máximos/mínimos y la información de estado. La Tabla 2 resume el registro INA219; El diagrama funcional de bloques muestra registros. Los contenidos del registro se actualizan 4 μs después de completar el comando de escritura. Por lo tanto, se requiere un retraso de 4 μs entre la finalización de una escritura en un registro dado y una lectura posterior de ese registro (sin cambiar el puntero) cuando se utilizan frecuencias SCL superiores a 1 MHz. Tabla 2. Resumen del conjunto de registros DIRECCIÓN DEL PUNTERO HEX. 00

NOMBRE DE REGISTRO Configuration

FUNCIÓN Restablecimiento de todos los registros, ajustes para el rango de voltaje del bus, ganancia PGA, resolución / promedio ADC.

RESET DE ENCENDIDO BINARIO

HEX.

00111001 10011111

399F

TIPO (1)

̅ R/W

01

Shunt voltage

02

Bus voltage

03

Power (2)

04

Current (2)

05

Datos de medición de voltaje en derivación. Datos de medición de voltaje del bus. Datos de medición de potencia. Contiene los valores de la corriente que fluye a través de la resistencia de derivación. Establece el rango de escala completa y el LSB de las mediciones de corriente y potencia. Calibración general del sistema

Calibration

Shunt Voltage

-

R

Bus voltage

-

R

00000000 00000000

0000

R

00000000 00000000

0000

R

00000000 00000000

0000

̅ R/W

̅ = Read/Write. (1) Type: R = Read only, R/W (2) El registro de potencia y el registro de corriente tienen un valor predeterminado de 0 porque el registro de calibración tiene un valor predeterminado de 0, produciendo un valor de corriente cero hasta que se programe el registro de calibración. Detalles del registro Todos los registros INA219 de 16 bits son en realidad dos bytes de 8 bits a través de la interfaz I2C. Registro de configuración (Dirección = 00h) [reset = 399Fh] Figura 19. Registro de configuración 15

14

13

12

11

RST

-

BRNG

PG1

PG0

R/W-0

R/W-0

R/W-1

R/W-1

R/W-1

10

9

5

4

3

BADC 4 BADC 3 BADC 2 BADC 1 SADC 4

SADC 3

SADC 2

SADC 1

R/W-0

R/W-0

R/W-1

R/W-1

R/W-0

8

R/W-1

7

R/W-1

6

R/W-0

2 MODE 3 R/W-1

1 MODE 2 R/W-1

0 MODE 1 R/W-1

LEGEND: R/W = Read/Write; R = Read only; -n = value after reset Tabla 3. Descripción de bits RST:

Reset Bit

Bit 15

Establecer este bit en "1" genera un reinicio del sistema que es lo mismo que el reinicio de encendido. Restablece todos los registros a los valores predeterminados; este poco se aclara a sí mismo.

BRNG:

Rango de voltaje de bus

Bit 13

0 = 16 V FSR 1 = 32 V FSR (default value)

PG:

PGA (Solo voltaje de derivación)

Bit 11, 12

Establece la ganancia y el rango de PGA. Tenga en cuenta que el valor predeterminado de PGA es ÷ 8 (rango de 320 mV). La Tabla 4 muestra la ganancia y el rango para las diversas configuraciones de ganancia del producto. Tabla 4. Configuración de bit PG (1)

PG1 PG0 GANANCIA 0 0 1 0 1 /2 1 0 /4 1 1 /8 (1) Los valores sombreados son los predeterminados. BADC: Bits 7 – 10

SADC: Bits 3 – 6

ADC4 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

Rango ±40 mV ±80 mV ±160 mV ±320 mV

BADC Bus ADC Resolución/Promedio Estos bits ajustan la resolución ADC del bus (9, 10, 11 o 12 bits) o establecen la cantidad de muestra utilizada al promediar los resultados para el registro de voltaje del bus (02h). SADC Shunt ADC Resolución/Promedio Estos bits ajustan la resolución del ADC de derivación (9, 10, 11 o 12 bits) o establecen el número de muestras utilizadas al promediar los resultados para el registro de voltaje de derivación (01h). BADC (Bus) y SADC (Shunt) Los ajustes de resolución / promedio de ADC y tiempo de conversión se muestran en la Tabla 5. ADC3 X (2) X (2) X (2) X (2) 0 0 0 0 1 1 1 1

ADC2 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

ADC1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

Mode/Samples 9 bit 10 bit 11 bit 12 bit 12 bit 2 4 8 16 32 64 128

Conversion Time 84 μs 148 μs 276 μs 532 μs 532 μs 1.06 ms 2.13 ms 4.26 ms 8.51 ms 17.02 ms 34.05 ms 68.10 ms

(1) Los valores sombreados son los predeterminados. (2) X = Cualquier valor MODO: Bits 0 – 2

Modo operativo Selecciona el modo de operación continuo, disparado o apagado. Estos bits predeterminan el modo de derivación continua y medición de bus. La configuración del modo se muestra en la Tabla 6.

Tabla 6. Configuración de modo (1) MODE3 0 0

MODE2 0 0

MODE1 0 1

0

1

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

MODE Corriente cortada Tensión de derivación, activada Tensión de bus, activada Derivación y bus, activadas ADC apagado (deshabilitado) Voltaje de derivación, continua Voltaje de bus, continua Derivación y bus, continua

1. Los valores sombreados son los predeterminados. Registro de salida de datos Registro de voltaje de derivación (dirección = 01h) El registro de voltaje de derivación almacena la lectura de voltaje de derivación actual, VSHUNT. Los bits del registro de voltaje de derivación se desplazan según la configuración PGA seleccionada en el registro de configuración (00h). Cuando hay varios bits de signo, todos tendrán el mismo valor. Los números negativos se representan en formato de complemento a 2. Genere el complemento de 2 de un número negativo complementando el número binario de valor absoluto y sumando 1. Extienda el signo, denotando un número negativo estableciendo MSB = 1. Extienda el signo a cualquier bit de signo adicional para formar la palabra de 16 bits. Ejemplo: para un valor de VSHUNT = -320 mV: Tome el valor absoluto (incluya precisión a 0.01 mV) → 320.00 Traducir este número a un número decimal entero → 32000 Convertirlo a binario → 111 1101 0000 0000 Complemente el resultado binario: 000 0010 1111 1111 Agregue 1 al Complemento para crear el resultado formateado Complemento de dos → 000 0011 0000 0000 7. Extendió el signo y creó la palabra de 16 bits: 1000 0011 0000 0000 = 8300h (Recuerde extender el signo a todos los bits de signo, según sea necesario según la configuración de PGA) 2. 3. 4. 5. 6.

(Se omitió los registros) Registro de voltaje del bus (dirección = 02h)

El registro de voltaje de bus almacena la lectura de voltaje de bus más reciente, V BUS. (Se omitió los registros) Registro de calibración Registro de calibración (Dirección = 05h) [reset = 00h] La calibración de corriente y potencia se establece mediante los bits FS15 a FS1 del registro de calibración. Tenga en cuenta que el bit FS0 no se utiliza en el cálculo. Este registro establece la corriente que corresponde a una caída a gran escala a través de la derivación. El rango de escala completa y el LSB de la medición de corriente y potencia dependen del valor ingresado en este registro. Consulte la Programación del registro de calibración. Este registro es adecuado para su uso en la calibración general del sistema. Tenga en cuenta que los valores 0 POR son todos predeterminados. (Se omite registro) Aplicación e implementación NOTA: La información en las siguientes secciones de aplicaciones no es parte de la especificación del componente de TI, y TI no garantiza su precisión o integridad. Los clientes de TI son responsables de determinar la idoneidad de los componentes para sus fines. Los clientes deben validar y probar su implementación de diseño para confirmar la funcionalidad del sistema. Información de aplicación El INA219 es un monitor de potencia y derivación actual con una interfaz compatible con I2C y SMBus. El dispositivo monitorea tanto una caída de voltaje en derivación como el voltaje de suministro del bus. El valor de calibración programable, combinado con un multiplicador interno, permite lecturas de corriente y potencia. Aplicación típica La Figura 28 muestra un circuito de aplicación típico para el INA219. Use un condensador de cerámica de 0.1 μF para evitar el suministro de energía, colocado lo más cerca posible de los pines de suministro y tierra. El circuito de filtro de entrada que consiste en R F1, RF2 y CF no es necesario en la mayoría de las aplicaciones. Si se desconoce la necesidad de filtrar, reserve espacio en la placa para los componentes e instale resistencias de 0 Ω para R F1 y RF2 y deje CF despoblado, a menos que se necesite un filtro (consulte Consideraciones de filtrado y entrada). Las resistencias pull-up que se muestran en las líneas SDA y SCL no son necesarias si hay resistencias pull-up en estas mismas líneas en otras partes del sistema. Los valores de resistencia mostrados son típicos: consulte las especificaciones I2C o SMBus para determinar los valores mínimos o máximos aceptables y también consulte las Especificaciones para las limitaciones de corriente de salida.

Requerimientos de diseño El INA219 mide el voltaje a través de una resistencia de detección de corriente (R SHUNT) cuando la corriente pasa a través de la resistencia. El dispositivo también mide el voltaje de alimentación del bus y calcula la potencia cuando se calibra. En esta sección se detallan los pasos para programar el dispositivo para mediciones de potencia y se muestran los resultados del registro en la Tabla 8. Las condiciones para el circuito de ejemplo son: corriente de carga máxima esperada = 15 A, corriente de carga nominal = 10 A, VCM = 12 V, RSHUNT = 2 mΩ, VSHUNT FSR = 40 mV (PGA = / 1) y BRNG = 0 (Rango VBUS = 16). Procedimiento de diseño de detalles La Figura 29 muestra una carga nominal de 10 A que crea un voltaje diferencial de 20 mV a través de una resistencia de derivación de 2 mΩ. El modo común es a 12 voltios y el voltaje presente en el pin IN es igual al voltaje del modo común menos la caída diferencial a través de la resistencia. Para este ejemplo, el LSB de corriente mínima se calcula en 457.78 μA / bit, suponiendo una corriente máxima esperada de 15 A usando la Ecuación 2. Este valor se redondea a 1 mA / bit y se elige para el LSB actual. Establecer el LSB actual en este valor permite una precisión suficiente mientras que también sirve para simplificar las matemáticas. El uso de la ecuación 1 da como resultado un valor de calibración de 20480 (5000h). Este valor luego se programa en el registro de calibración.

Figura 19. Ejemplo de configuración del circuito El voltaje del bus se mide internamente en el pin IN para calcular el nivel de voltaje entregado a la carga. Los bits de registro de voltaje del bus no están alineados a la derecha; por lo tanto, deben desplazarse a la derecha tres bits. Multiplique los contenidos desplazados por el LSB de 4 mV para calcular el voltaje del bus medido por el dispositivo en voltios. El valor desplazado del contenido del registro de voltaje del bus es igual a BB3h, el equivalente decimal de 2995. Este valor de 2995 se multiplica por el LSB de 4 mV y da como resultado un valor de 11.98 V. Como se muestra, el voltaje en el IN - el pin es de 11.98 V. Para un rango de escala completa de 40 mV, esta pequeña diferencia no es una desviación significativa del voltaje de modo común de 12 V. Sin embargo, en rangos más grandes a gran escala, esta desviación puede ser mucho mayor.