16位ADC | I²C/SMBus接口 | 双向检测 | 0-36V共模 | Alert输出
产品版本：Rev 1.0 | 更新日期：2026年7月 | 型号：CXAO42311 / CXAO42311B | 封装：VQFN-16L 3x3
产品概述
CXAO42311/CXAO42311B 是一款高精度电流检测监控器，集成16位ADC和I²C/SMBus接口，通过读取负载电流和功率为系统提供全面的信息。该器件同时检测分流电阻压降和总线电压，通过内部模数转换器转换为电流（安培）和功率（瓦特）。可编程校准、可调转换时间和平均功能提供了灵活的设计方案。
CXAO42311/CXAO42311B 支持-40°C至125°C的宽温度范围，工作电压2.7V至5.5V，共模总线电压0V至36V。器件还提供开漏输出的Alert功能，可在过流、过压和过功率情况下向主控发出警告，实现全面的系统保护。两种型号的区别在于I²C输入逻辑电平：CXAO42311（VIH=1.2V, VIL=0.4V），CXAO42311B（VIH=0.7×VS, VIL=0.3×VS），适应不同的主控逻辑电压。采用VQFN-16L 3x3小封装，适用于服务器、网络设备、便携式电池供电系统、负载点电源模块及高端数字电视等应用。
核心优势： 16位ADC高精度测量 + 双向电流检测（高侧/低侧） + 0-36V共模电压 + 增益误差0.3% + 失调电压25μV + 可编程报警阈值 + I²C/SMBus接口（两种逻辑电平可选） + 小封装VQFN-16L。助力工程师实现精准、灵活、可靠的电流/功率监控。
1. 产品概述与市场定位
在服务器、网络设备、便携式电池供电系统以及POL（负载点）电源模块中，精确的电流、电压和功率监测对系统管理和保护至关重要。传统方案使用分立ADC或外部运算放大器，精度和集成度有限。CXAO42311/CXAO42311B 将高精度电流检测放大器、16位ADC、数字接口和报警功能集成于单一芯片，支持高侧和低侧双向电流检测，提供完整的数字电流、电压和功率读数，简化了系统设计，提高了可靠性。
其宽共模电压范围（0-36V）适应多种总线电压，可编程转换时间和平均值滤波满足不同精度和速度需求。Alert功能可在检测到异常时快速通知主控，实现及时保护。两种I²C逻辑电平版本使其兼容1.8V、3.3V或5V主控，设计更加灵活。小封装和低功耗特性使其特别适合空间受限的便携设备和高密度板卡。
2. 主要特点与技术亮点
16位ADC：高分辨率电流/电压/功率测量
双向电流检测：支持高侧和低侧检测
宽共模电压：0V至36V
高精度：增益误差0.3%（最大），失调电压25μV（最大）
I²C/SMBus接口：快速模式(400kHz)和高速模式(2.94MHz)
两种逻辑电平：CXAO42311: 1.2V/0.4V；CXAO42311B: 0.7×VS/0.3×VS
可编程报警：过流、过压、过功率Alert
低功耗：静态电流550μA（典型），关断模式3.5μA
其他特性：
可编程校准：灵活设置电流分辨率和功率计算
平均值滤波：1至1024次平均，有效抑制噪声
16个可配置地址：通过A1/A0引脚选择，支持多器件共用总线
Alert响应：支持SMBus Alert响应协议
3. 引脚封装与说明
CXAO42311/CXAO42311B 采用 VQFN-16L 3x3 封装，引脚功能包括：A1/A0（地址选择）、Alert（开漏报警输出）、SDA（数据）、SCL（时钟）、VS（电源）、GND（地）、VBUS（总线电压输入）、IN-（负电流检测输入）、IN+（正电流检测输入）等。详细引脚排列请参考数据手册。
4. 典型应用电路与内部方框图
典型应用电路为高侧电流检测：电源 → 分流电阻（RSHUNT）→ 负载，芯片检测分流电阻压降和总线电压，通过I²C接口输出数字电流和功率值。Alert引脚用于过流/过压/过功率报警。
内部集成功能模块包括：16位Δ-Σ ADC、可编程增益放大器、带隙基准、I²C/SMBus接口、报警比较器、控制逻辑、寄存器组等。
5. 极限参数与电气特性（设计参考）
极限参数表（Absolute Maximum Ratings）
符号参数最小值最大值单位
VS电源输入电压-0.36V
VCM共模电压（(IN+ + IN-)/2）-0.340V
VSENSE差分电压（IN+ - IN-）-4040V
VBUS总线电压输入-0.340V
其他引脚数字I/O等-0.36V
IN输入电流（任一引脚）-5mA
IOUT开漏输出电流-10mA
TJ结温范围-40150℃
TSTG存储温度-65150℃
ESD (HBM)人体模型-2kV
推荐工作条件（Recommended Operating Conditions）
参数条件最小值典型值最大值单位
共模输入电压VCM0-36V
工作电源电压VS2.73.35.5V
结温范围TJ-40-125℃
环境温度TA-40-85℃
关键电气特性（典型值，VS=3.3V，VIN+=12V，VSENSE=0mV，TA=25℃）
参数测试条件最小值典型值最大值单位
工作电源范围VS2.7-5.5V
静态电流（正常）IQ-550650μA
静态电流（关断）IQ_SD-3.56μA
上电复位阈值VPOR-2-V
感测电压输入范围VSENSE-81.92-81.9175mV
总线电压输入范围VBUS0-36V
共模抑制比CMRR (0-36V)126140-dB
感测失调电压（RTI）VS_OS-±2.5±25μV
增益误差（最大）GE-0.020.3%
ADC分辨率--16-位
转换时间（可编程）tCONV139-8205μs
I²C时钟频率（快速/高速）fSCL1-2940kHz
CXAO42311 高电平输入电压VIH1.2--V
CXAO42311 低电平输入电压VIL--0.4V
CXAO42311B 高电平输入电压VIH0.7×VS--V
CXAO42311B 低电平输入电压VIL--0.3×VSV
6. 工作原理与设计指导
6.1 工作模式与配置
通过配置寄存器（00h）可设置ADC转换时间、平均次数和工作模式。支持连续模式、触发模式和关断模式。默认连续模式下，ADC持续转换感测电压和总线电压，并自动计算电流和功率。转换时间从139μs到8.205ms可调，更长的时间提高抗噪性。平均功能（1~1024次）进一步滤除噪声，提升测量精度。
6.2 校准与电流计算
校准寄存器（05h）根据分流电阻和所需电流分辨率计算。公式如下：
Calibration_Setting = 0.00512 / (RSHUNT × I_LSB)
其中 I_LSB 为测量电流的分辨率（A/LSB）。
电流值 = (感测电压 × 校准值) / 2048
功率值 = (总线电压 × 电流) / 20000
编程示例展示了如何配置并获取电流和功率读数。
6.3 Alert功能
通过Mask/Enable寄存器（06h）和Alert Limit寄存器（07h）可设置五种报警：感测过压（SOL）、感测欠压（SUL）、总线过压（BOL）、总线欠压（BUL）和功率过载（POL）。Alert引脚为开漏输出，当所选事件超过阈值时拉低。支持锁存模式或透明模式，可通过ALE位配置。同时支持转换就绪指示（CVRF）和SMBus Alert响应协议。
6.4 数字接口与地址
支持I²C/SMBus快速模式（400kHz）和高速模式（2.94MHz）。通过A1/A0引脚可配置16个从地址，最多16个器件共用同一总线。CXAO42311和CXAO42311B的区别在于I²C输入逻辑电平，以适应不同的主控电压（如1.8V、3.3V、5V）。
6.5 寄存器汇总
命令码寄存器名称访问说明默认值
00hConfigurationR/W工作模式、转换时间、平均次数4127h
01hSense VoltageR感测电压读数（2.5μV/LSB）0000h
02hBus VoltageR总线电压读数（1.25mV/LSB）0000h
03hPowerR计算功率值（25×I_LSB×LSB）0000h
04hCurrentR计算电流值（I_LSB）0000h
05hCalibrationR/W电流校准设置0000h
06hMask/EnableR/W报警使能和标志0000h
07hAlert LimitR/W报警阈值设定0000h
FEhManufacturer IDR制造商ID1214h
FFhDie IDR芯片ID2260h
7. 应用信息与设计指南
7.1 选择分流电阻
分流电阻值需权衡精度和功耗。建议满量程感测电压范围在40mV~60mV（3.3V供电）或50mV~100mV，以充分利用ADC输入范围（±81.92mV）。低阻值减少压降，但低电流时误差可能增加，因为失调电压影响更显著。注意电阻的功率额定值和温漂。
7.2 输入滤波与保护
可在输入端添加RC滤波器（建议R≤100Ω）以抑制噪声，但需注意电阻匹配对增益和CMR的影响。对于瞬态过压（如负载突降、反接等），建议在输入端并联TVS或齐纳二极管进行钳位保护。
7.3 误差分析示例
以系统共模电压36V，电源5V，分流电阻2mΩ（1%），负载电流25A为例，各误差分量计算如下：
失调误差：25μV / (2mΩ×25A) = 0.05%
增益误差：0.3%（最大）
PSRR误差：(|3.3-5|×2.5μV/V) / 50mV = 0.0085%
CMRR误差：(|12-36|×0.501μV/V) / 50mV = 0.024%
偏置电流误差：(35μA×2mΩ) / 50mV = 0.00014%
非线性误差：0.1%（典型）
分流电阻误差：1%
总误差（均方根）：约1.05%，满足大多数系统要求。
7.4 布局指南
采用开尔文连接：IN+和IN-直接连接到分流电阻两端，避免走线电阻引入误差
分流电阻尽量靠近芯片，走线宽而短
电源旁路电容（0.1μF）紧贴VS和GND引脚
VBUS引脚走线应远离噪声源
数字信号线（SCL、SDA、Alert）远离模拟输入，必要时使用地线隔离
8. PCB布局建议
开尔文检测：必须将IN+和IN-直接连接到分流电阻的相应端，实现四线连接
旁路电容：VS引脚对地放置0.1μF陶瓷电容，尽量靠近芯片
走线宽度：分流电阻到芯片的走线应足够宽（≥0.5mm），减少压降
接地：使用完整地平面，芯片暴露焊盘（Exposed Pad）建议连接至地
隔离：模拟输入（IN+、IN-、VBUS）与数字信号（SCL、SDA、Alert）应分开布线，避免串扰
热管理：VQFN-16L封装热阻θJA=30°C/W（四层板），注意散热
9. 订购信息与技术支持
CXAO42311（I²C电平1.2V/0.4V）和CXAO42311B（I²C电平0.7×VS/0.3×VS）均采用 VQFN-16L 3x3 封装，无铅、RoHS合规且无卤素。
技术支持包括评估板、参考设计（原理图、BOM、PCB布局）、应用笔记及FAE现场支持。
