頗具諷刺意味的是，監(jiān)測電路功耗這一本身旨在實現(xiàn)能耗最小化的參數(shù)，其過程卻需要消耗額外電能。在很多方面，這和理財?shù)倪壿嬒嗨疲耗阈枰M行少量明智的投入，以期獲得更大的回報，而任何能降低前期投入成本的方法都值得推崇 —— 尤其是當(dāng)這些投入還能帶來額外收益時。

正是基于這一理念，Microchip Technology 推出了 PAC1711 與 PAC1811 兩款功率監(jiān)測芯片，將芯片自身的功耗 “成本” 降低了一半（見圖 1）。這兩款芯片的功能遠(yuǎn)不止基礎(chǔ)的功耗監(jiān)測，還能針對超限功率事件提供實時系統(tǒng)告警，其中包括一項專利申請中的階躍告警功能，可用于識別長期平均值的波動變化。

1. 16位PAC1811及類似12位PAC1711的內(nèi)部方框圖揭示了該小型器件的復(fù)雜性。

這兩款芯片專為電池供電設(shè)備及能耗受限應(yīng)用場景設(shè)計，可在不額外浪費電能的前提下，精準(zhǔn)追蹤和監(jiān)測系統(tǒng)功耗。

PAC1711 是一款 42V、12 位單通道功率監(jiān)測芯片，而 PAC1811 則為分辨率更高的 16 位芯片，且通過了 AEC-Q100 認(rèn)證。兩款芯片均可在寬動態(tài)范圍內(nèi)實現(xiàn) 1% 的功率測量精度。當(dāng)采樣率為 1024 樣本 / 秒（SPS）時，PAC1711 的典型靜態(tài)電流為 100 微安，PAC1811 則為 150 微安。Microchip 強調(diào)，這一功耗指標(biāo)僅為同類產(chǎn)品的一半。

兩款芯片均采用 3×3 毫米的超薄無引腳雙列扁平封裝（VDFN），提供 8 引腳和 10 引腳兩種封裝規(guī)格，且引腳和封裝尺寸與廣泛應(yīng)用的 SOT23-8 封裝完全兼容。這種封裝兼容性不僅為開發(fā)者簡化了替代料選型流程，還能加速芯片在現(xiàn)有系統(tǒng)中的升級與集成。

監(jiān)測技術(shù)原理與功能特性

兩款芯片主打高端電流檢測功能，其內(nèi)部數(shù)字電路可完成復(fù)雜的功率計算與能量累計，監(jiān)測的能量累計周期最長可達(dá)一年甚至更久。10 引腳 VDFN 封裝版本配備了 VBUS + 引腳，支持低端功率監(jiān)測，還可通過掉電功能進一步降低功耗 —— 這是 8 引腳 VDFN 封裝版本不具備的特性。

芯片可存儲總線電壓、分流電阻電壓以及與功率成正比的累計能量數(shù)據(jù)。嵌入式控制器或系統(tǒng)主機可讀取 PAC1711/PAC1811 的寄存器，調(diào)取存儲的數(shù)據(jù)；同時，芯片內(nèi)置可配置告警系統(tǒng)，當(dāng)檢測到電壓、電流或功率出現(xiàn)超限波動時，可自動觸發(fā)告警。

芯片的采樣率（最高可達(dá) 8192 樣本 / 秒）、功率累計周期、單次觸發(fā)測量設(shè)置及其他控制參數(shù)，均可通過系統(tǒng)管理總線（SMBus）或集成電路總線（I2C）進行配置。此外，芯片采用實時校準(zhǔn)技術(shù)，最大限度降低失調(diào)誤差。

其獨有的階躍告警功能，可對電壓和電流值進行滾動均值計算。當(dāng)數(shù)值波動幅度達(dá)到用戶設(shè)定的閾值時，芯片會立即通知微控制器（MCU）執(zhí)行相應(yīng)操作。每一個新的采樣數(shù)據(jù)都有可能觸發(fā)告警。芯片還提供慢采樣引腳選項，可將功耗采樣間隔延長至 8 秒一次，進一步節(jié)省電能。

芯片內(nèi)置的累加器寄存器可用于管理各類運行數(shù)據(jù)，例如追蹤系統(tǒng)電池老化程度、預(yù)估充電剩余時間，還能存儲短期功耗歷史數(shù)據(jù)，供 MCU 調(diào)用并執(zhí)行預(yù)設(shè)的管理策略。兩款芯片的總線電壓檢測范圍均為 0~42V，且均可通過 I2C 接口實現(xiàn)通信。

考慮到這類芯片在實際應(yīng)用中可能面臨靜電放電（ESD）風(fēng)險，PAC1711 與 PAC1811 內(nèi)置了由多種二極管和鉗位電路構(gòu)成的 ESD 防護模塊（見圖 2）。

2. 圖示為芯片 ESD 防護電路的結(jié)構(gòu)示意圖；當(dāng)芯片電源引腳（VDD）電壓為 0V 時，檢測引腳（VSENSE + 和 VSENSE–）的耐受電壓可達(dá) 42V（絕對最大額定電壓為 75V）。

從原理上看，這類芯片的功能設(shè)定并不復(fù)雜，但在實際投入設(shè)計與編程應(yīng)用前，工程師往往需要進行一定的評估與調(diào)試。為解決這一問題，Microchip 推出了一款兼容評估板 —— 該評估板采用 MikroElektronika 公司的 mikroBUS 標(biāo)準(zhǔn)接口，可直接插接至支持該標(biāo)準(zhǔn)的主控板（見圖 3），方便用戶對芯片的各項功能與性能指標(biāo)進行全面評估。

3. PAC1711-Click 評估板兼容 MikroElektronika 公司的 mikroBUS 標(biāo)準(zhǔn)主控板接口。

此外，Microchip 還提供了一款 Linux 驅(qū)動程序，可實現(xiàn)芯片基礎(chǔ)功能配置，并支持訪問功率測量相關(guān)的常用寄存器。同時，針對 PAC1711 與 PAC1811 兩款芯片，公司還開發(fā)了通用 C 語言函數(shù)庫，內(nèi)含芯片與多款 Microchip 微控制器的配套使用示例。

PAC1711 與 PAC1811 兩款單通道功率監(jiān)測芯片的完整規(guī)格參數(shù)、工作細(xì)節(jié)、時序波形及寄存器配置信息，均可在各自長達(dá) 90 頁的產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊中查閱。目前，兩款芯片均已量產(chǎn)，提供 VDFN-8 和 VDFN-10 兩種封裝選擇。其中，PAC1711 VDFN-8 封裝版本的千片起訂單價為 0.58 美元；PAC1711-Click 評估板的單價為 15 美元（單片購買），現(xiàn)已同步上市。