本期分享的电路是M5 Stack的VA Meter模块中的电路，下图是M5 Stack的这个VA Meter的产品外观图：
首先看下这个电流电压检测模块的技术指标，模块支持PD电压5~24V输入，标称电流分辨率有两档，分别是2.5uA和250uA，小电流采样误差1.01%，大电流采样误差0.94%，uA级电流采样误差0.69%，电压采样误差0.11%，大致参数如下表所示（摘自M5 Stack官网）：
那么上图的技术指标是如何实现的呢？我们可以在官网上看到VA Meter模块的原理框图，可以看到是采用了两颗电流采样电阻，分别是0.01Ω和1Ω，一颗MOS短路或不短路1Ω电阻，用作小电流/大电流测量量程切换。两颗INA226检测芯片测量检流电阻两端的电压以读取电流。原理框图如下所示：
然后是原理图部分，可以看到，控制部分与电流检测部分是隔离开的，控制部分的IIC隔离（与INA226通讯）采用的是川土微的CA-IS3020S，其为兼容 I2C接口的双向通讯低功耗隔离器，隔离器的输入侧与输出侧具备电气隔离特性，其隔离方式为电容式耐压隔离。
CA-IS302X系列隔离器具有高达5KVrms 的超高绝缘能力，可以防止数据总线或其他电路上的噪声和浪涌进入本地接地端而干扰或 损坏敏感电路。高达150kV/µS 的CMTI 抗干扰的能力可以保证信号在恶劣噪声环境下的正确传输。
控制MOS管及INA226的Alert输出信号的隔离是通过川土微的单向的信号隔离器CA-IS3642HW实现的。CA-IS36XX是一款具有集成式高效电源转换器的高性能多通道增强型数字隔离器。
并且CA-IS3642HW集成式DC-DC转换器高效运行，提供最高500mW的隔离式电源，节省空间，可满足各种输入和输出电压配置。并且Viso是可以通过SEL管脚的接VDD或GND来选择输出5V或者3.3V。这个还是很好的，一些情况需要隔离电源且功率无需太大的时候用这个芯片既可以实现信号隔离，也实现了电源隔离，不需要额外搭建电源隔离了。
CA-IS3642HW采用电容式耐压隔离，具有更好的隔离电压（VRMS），更高的传输速率（DC-150Mbps），和更强抗干扰能力（CMTI）。
然后是电流检测部分的电路，可以看到其和原理框图保持一致，采用两个INA226（不同的IIC地址区分）作为电流/母线电压检测，采用一颗PMOS管并联在电阻R6（1Ω）上作为大电流/小电流量程切换。
上图电路中比较有意思的是其PMOS的并联方式，也是采用与往常用法不一致的连接方式，这个在之前的推文中有所提及，猜测这种连接方式是为了使用MOS的寄生二极管来保护检流电阻。这一部分与之前看德州仪器技术文档中的量程切换电路的MOS管并联方式一样。另外在其他的量程切换电路中也有见到这种MOS管的并联用法。
然后再看INA226，其为16bit的ADC芯片，支持0~36V的共模范围，可以高侧/低侧电流采样（M5 Stack的VA模块中是高侧采样），并且INA226可以通过VBUS管脚采集母线电压，这样它就可以采集电流或电压。
再看INA226的电流Vin+和Vin-的采样电压范围是-81.975mV~81.92mV，也就是说他是支持双向电流采样，这个81.92mV与官网所给的电流分辨率所保持一致，81.92mV/2^15=2.5uV，再对应到采样电阻1Ω和0.01Ω，就是2.5uA（小电流量程）和250uA（大电流量程）的分辨率。
我把MOS管并到一起，大家可以看的更清楚一些，不过下图中有点个人觉得有点不太好的地方是稳压管D2的选型MM5Z12V；当小电流量程切换为大电流量程是，即当NMOS管Q2导通时，Q1的栅极电压基本为Fbus-Vz，源极电压为Fbus_in-Vr4，所以Q1的Vgs基本等于稳压管D2的稳压值，感觉这个稳压值Vz可能对与PMOS管AP50P20Q来说还是略大了一些（其Vgs最大绝对值为±12V），最好再选一个稳压值再低一些的稳压管，比如MM5Z10V。
仿真也可以看出，小电流模式下，当NMOS截止的时候，PMOS也是会截止。这样使用MOS管也是没啥问题的，因为检流电阻两端的电压远不足以让MOS的寄生二极管导通。大电流模式下NMOS导通，PMOS导通，也是可以正常控制的。
VA Meter的原理图附件获取。