目前隨著鋰離子電池的推廣及大量應用，鋰離子電池深受社會和用戶的歡迎。日常生活中，人們所用的手機、筆記本電腦、數碼相機及眾多的便攜式設備均已使用鋰離子電池作為電源。鋰離子(Li-Ion)電池組包含大量的電池單元，必須正確監控才能提高電池效率，延長電池壽命。圖1所示電路中的6通道AD7280A 充當主監控器，向電池管理控制器(BMC)提供精確的測量數據。
AD7280A內置一個±3 ppm基準電壓源，提供±1.6 mV的電池電壓測量精度。ADC分辨率為12位，轉換48個單元只需7 μs時間。
AD7280A位于電池管理系統(BMS)的高壓端，具有一個菊花鏈接口，最多能將8個AD7280A堆疊在一起，以監控48個鋰離子電池單元的電壓。堆疊中的相鄰AD7280A可以直接通信，向上向下傳遞數據，而無需隔離。堆疊底部的AD7280A主器件使用SPI接口與BMC通信，只有在這個地方才需要高壓電流隔離，以便保護BMS的低壓端。數字隔離器 ADuM1201 和集成DC/DC轉換器的隔離器ADuM5401共同提供所需的6通道隔離，構成一種緊湊、高性價比的解決方案。
圖1. 帶隔離功能的AD7280A菊花鏈配置電路（原理示意圖：未顯示去耦和所有連接）
電路描述
AD7280A菊花鏈從它監控的電池單元獲得電源。ADuM5401集成一個DC/DC轉換器，用于向ADuM1201的高壓端供電，向AD7280A SPI接口提供VDRIVE 電源，以及向AD7280A菊花鏈電路提供關斷信號。如果BMS低壓端的+5 V電源被拉低，則隔離器和AD7280A菊花鏈關斷。同樣，如果來自BMC的PD信號變為低電平，通過 ADG849 開關路由的ADuM5401低壓電源將被拉低，這也會使隔離器和AD7280A菊花鏈發生硬件關斷。
為了優化菊花鏈在高噪聲條件下的通信性能（例如遇到電池干擾時），菊花鏈信號被屏蔽在印刷電路板(PCB)的一個內層上，上下都由VSS 電源層提供屏蔽，該電源層連接到菊花鏈中上一個器件的VSS引腳。圖2所示為eval-AD7280AEDZ PCB的頂層，它包含上部屏蔽。
圖3所示為內層（第2層），它包含屏蔽的菊花鏈信號，下方的屏蔽在圖4所示的第3層上實現。每個菊花鏈連接上都配有22 pF電容，根據菊花鏈的數據流方向，這些電容端接于上一個器件的VSS 引腳或下一個器件的VDD 引腳。PD, CS, SCLK, SDI 和 CNVST 菊花鏈連接沿菊花鏈向上傳遞數據，因此這些引腳上的22 pF電容端接于上一個器件的VSS引腳。
SDOlo和alertlo菊花鏈連接沿菊花鏈向下傳遞數據，因此這些引腳上的22 pF電容端接于下一個器件的VDD 引腳。使用一條低阻抗走線將下一個器件的VDD 與上一個器件的 VSS直接相連，使這兩個電位在高噪聲環境下盡可能接近。
圖3. eval-AD7280AEDZ PCB的第2層包含屏蔽的菊花鏈信號
圖4. eval-AD7280AEDZ PCB的第3層包含菊花鏈信號的下部屏蔽
隔離柵處的接地護欄用于圍住PCB左側構成的低壓端。該護欄由通過過孔系在一起的保護環組成，連接到板上所有層的數字地。到達電路板邊緣的電源層與接地層上的噪聲可能會輻射，但采用這種屏蔽結構時，噪聲會被反射回來。
當驅動電流源跨過接地層之間的間隙時，也可能產生輸入至輸出的偶極子輻射。為將這種效應降至最小，隔離間隙處使用一個連續的屏蔽體，從而將接地層擴展至PCB的所有層上，以利用屏蔽重疊部分構成跨隔離柵耦合。各層上的隔離間隙保持最小，測試板使用0.4 mm的間隙。
測試結果
衡量該電路性能的一個重要指標是最終輸出電壓測量結果中的噪聲量。
圖5所示為VIN3?VIN2通道的10,000個測量樣本的直方圖。此數據利用與eval-CED1Z轉換器評估與開發板相連的AD7280評估板測得。
使用一個由電源電壓驅動的電阻分壓器串來模擬電池電壓。捕捉到的碼字2675代表3.612 V，這是典型的鋰離子電池電壓。注意，只有一小部分碼字受噪聲影響而落在主倉之外。
圖5. 10,000樣本的碼字直方圖（VIN3 – VIN2通道）
總結
經驗證，該電路能夠穩定地工作，并具有良好的精度。利用 iCoupler® 隔離產品，可以實現其它的隔離通道組合。例如，可以額外增加一個隔離通道來支持AD7280A的 PD 信號，而不是像本電路一樣節省一個通道并使用VISO輸出電源來驅動AD7280A的PD 信號。選擇哪些信號通過哪個隔離器也是可以改變的。本電路中，4個SPI信號（SCLK, CS, SDI和SDO）通過ADuM5401隔離器，CNVST 和alert信號通過ADuM1201隔離器。
