中心議題：

• 結合使用放大器和檢測電阻
• 介紹一種簡單方案
• 密切關注先進的電流檢測放大器

解決方案：

• 淩力爾特科技公司的LTC6102可以直接實現高端電流檢測

絕大多數的模擬芯片(比較器、運算放大器
、儀表放大器
、基準源和濾波器等)doushiyonglaichulidianyaxinhaode。dangyonglaichulidianliuxinhaoshi，shejishidexuanzejiujiaoshaole
，qietoutongdeshiqingyebijiaoduo。zheshihenbuxingde，yinweizhijiejiankongheceliangdianliujuyouhendadeyoudian。duiyudianjiliju、螺線管力、LED亮度

、太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)光(guang)照(zhao)以(yi)及(ji)電(dian)池(chi)能(neng)量(liang)等(deng)參(can)數(shu)，通(tong)過(guo)觀(guan)測(ce)電(dian)流(liu)是(shi)最(zui)好(hao)的(de)監(jian)控(kong)方(fang)式(shi)。因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)能(neng)夠(gou)精(jing)密(mi)地(di)檢(jian)測(ce)電(dian)流(liu)並(bing)將(jiang)該(gai)電(dian)流(liu)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)易(yi)於(yu)常(chang)見(jian)的(de)電(dian)壓(ya)型(xing)器(qi)件(jian)(放大器、比較器和ADC等)進行放大、調節和測量的電壓的電路。

盡(jin)管(guan)一(yi)隻(zhi)電(dian)阻(zu)就(jiu)可(ke)以(yi)將(jiang)電(dian)流(liu)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)壓(ya)，但(dan)電(dian)阻(zu)自(zi)身(shen)卻(que)無(wu)法(fa)提(ti)供(gong)完(wan)整(zheng)方(fang)案(an)。最(zui)常(chang)用(yong)的(de)方(fang)案(an)是(shi)采(cai)用(yong)一(yi)隻(zhi)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)，將(jiang)該(gai)電(dian)阻(zu)直(zhi)接(jie)串(chuan)聯(lian)在(zai)電(dian)流(liu)通(tong)道(dao)中(zhong)，再(zai)用(yong)一(yi)個(ge)放(fang)大(da)器(qi)來(lai)隔(ge)離(li)並(bing)調(tiao)節(jie)電(dian)阻(zu)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)(VSENSE)。
 

圖1：電流檢測電路的原理。

圖2：實際的電流檢測電路。

結合使用放大器和檢測電阻

乍看起來，將一隻電阻器與地串聯起來似乎與最直接的電流檢測方案很相似。這種技術就是眾所周知的低端電流檢測(圖3A)，該(gai)技(ji)術(shu)要(yao)求(qiu)沒(mei)有(you)接(jie)地(di)路(lu)徑(jing)存(cun)在(zai)，因(yin)為(wei)接(jie)地(di)路(lu)徑(jing)會(hui)對(dui)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)器(qi)周(zhou)邊(bian)的(de)電(dian)流(liu)分(fen)流(liu)，或(huo)者(zhe)說(shuo)會(hui)使(shi)相(xiang)鄰(lin)電(dian)路(lu)貢(gong)獻(xian)電(dian)流(liu)。特(te)別(bie)是(shi)當(dang)機(ji)械(xie)外(wai)殼(ke)是(shi)係(xi)統(tong)地(di)的(de)話(hua)，要(yao)串(chuan)聯(lian)進(jin)一(yi)隻(zhi)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)器(qi)將(jiang)是(shi)不(bu)實(shi)際(ji)的(de)。同(tong)樣(yang)，由(you)於(yu)地(di)並(bing)非(fei)良(liang)導(dao)體(ti)，係(xi)統(tong)中(zhong)不(bu)同(tong)點(dian)的(de)接(jie)地(di)電(dian)壓(ya)會(hui)不(bu)一(yi)致(zhi)，從(cong)而(er)在(zai)精(jing)密(mi)測(ce)量(liang)中(zhong)需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)(圖3B)。                                                            
 

圖3A：低端電流檢測拓撲。 [page]                                                   

圖3B：低端電流檢測電路實現。

當(dang)實(shi)現(xian)低(di)端(duan)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)時(shi)有(you)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)嚴(yan)重(zhong)的(de)問(wen)題(ti)。在(zai)接(jie)地(di)路(lu)徑(jing)中(zhong)采(cai)用(yong)一(yi)隻(zhi)電(dian)阻(zu)器(qi)，意(yi)味(wei)著(zhe)負(fu)載(zai)的(de)地(di)電(dian)位(wei)隨(sui)著(zhe)電(dian)流(liu)的(de)變(bian)化(hua)而(er)變(bian)化(hua)。這(zhe)將(jiang)引(yin)起(qi)係(xi)統(tong)的(de)共(gong)模(mo)誤(wu)差(cha)，並(bing)在(zai)與(yu)要(yao)求(qiu)相(xiang)同(tong)地(di)電(dian)位(wei)的(de)其(qi)他(ta)係(xi)統(tong)連(lian)接(jie)時(shi)出(chu)現(xian)問(wen)題(ti)。因(yin)為(wei)VSENSE的幅度將影響分辨率，設計師需要在分辨率和接地噪聲方麵進行權衡。100mV的VSENSE滿量程將轉換成100mV的注入接地噪聲。但是
，可以通過將電流檢測電阻器置於電源和負載之間來避免出現上述地電平的變化問題。

zhezhongtidaifanganbeichengzuoweigaoduandianliujiance。tongyang
，weiyujiancedianzuliangduandechafendianyatigonglezhijiededianliuceliang，danzaidianzuqideliangduancunzaiyigefeilingdegongmodianya。yincigaidianluyetichulejishutiaozhan，jibixujiangweixiaodechafenjiancedianyayulaizidianyuandegongmodianyaqufenkailai(圖4)。                                                                              
 

圖4：高端電流檢測。

對(dui)於(yu)低(di)壓(ya)係(xi)統(tong)，儀(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)或(huo)軌(gui)到(dao)軌(gui)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)足(zu)以(yi)用(yong)來(lai)實(shi)現(xian)高(gao)端(duan)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)器(qi)的(de)檢(jian)測(ce)。放(fang)大(da)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)必(bi)須(xu)轉(zhuan)換(huan)到(dao)地(di)

，且(qie)不(bu)能(neng)增(zeng)加(jia)太(tai)大(da)的(de)誤(wu)差(cha)。而(er)到(dao)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)非(fei)常(chang)高(gao)時(shi)
，就(jiu)需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)電(dian)路(lu)將(jiang)VSENSE降(jiang)低(di)到(dao)放(fang)大(da)器(qi)的(de)共(gong)模(mo)範(fan)圍(wei)內(nei)，或(huo)者(zhe)將(jiang)放(fang)大(da)器(qi)懸(xuan)浮(fu)到(dao)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)上(shang)。這(zhe)樣(yang)，除(chu)了(le)增(zeng)大(da)電(dian)路(lu)板(ban)空(kong)間(jian)和(he)成(cheng)本(ben)外(wai)
，該(gai)技(ji)術(shu)還(hai)假(jia)定(ding)了(le)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)必(bi)須(xu)位(wei)於(yu)一(yi)個(ge)很(hen)小(xiao)的(de)規(gui)定(ding)範(fan)圍(wei)內(nei)。對(dui)於(yu)絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)的(de)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)應(ying)用(yong)，能(neng)夠(gou)預(yu)測(ce)大(da)的(de)共(gong)模(mo)波(bo)動(dong)是(shi)非(fei)常(chang)有(you)用(yong)的(de)。例(li)如(ru)
，如(ru)果(guo)在(zai)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)下(xia)降(jiang)時(shi)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)仍(reng)能(neng)工(gong)作(zuo)的(de)話(hua)，就(jiu)可(ke)以(yi)指(zhi)示(shi)出(chu)究(jiu)竟(jing)是(shi)電(dian)源(yuan)還(hai)是(shi)負(fu)載(zai)出(chu)現(xian)了(le)問(wen)題(ti)，電(dian)流(liu)過(guo)大(da)時(shi)意(yi)味(wei)著(zhe)限(xian)流(liu)機(ji)製(zhi)或(huo)負(fu)載(zai)發(fa)生(sheng)了(le)故(gu)障(zhang)，反(fan)之(zhi)，過(guo)小(xiao)時(shi)則(ze)說(shuo)明(ming)是(shi)電(dian)源(yuan)的(de)故(gu)障(zhang)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)可(ke)能(neng)麵(mian)對(dui)超(chao)過(guo)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)的(de)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)。許(xu)多(duo)電(dian)流(liu)型(xing)器(qi)件(jian)，例(li)如(ru)電(dian)機(ji)和(he)螺(luo)線(xian)管(guan)，都(dou)呈(cheng)感(gan)性(xing)，流(liu)通(tong)電(dian)流(liu)的(de)快(kuai)速(su)變(bian)化(hua)會(hui)引(yin)起(qi)電(dian)感(gan)性(xing)回(hui)掃(sao)
，從(cong)而(er)在(zai)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)器(qi)上(shang)產(chan)生(sheng)大(da)的(de)電(dian)壓(ya)擺(bai)幅(fu)。也(ye)正(zheng)是(shi)在(zai)這(zhe)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)放(fang)大(da)器(qi)顯(xian)得(de)最(zui)有(you)用(yong)1。

簡單方案

weilejiejuedianliujiancedejishutiaozhan，chuxianlegaoduandianliujiancefangdaqi。zhexieteshudefangdaqinenggouconggaogongmodianyazhongtiquyouliujingxiaojiancedianzudedianliuchanshengdedichafendianya。gaijiancedianyaranhoubeifangdabingbeizhuanhuanchengyidiweijizhundexinhao。tu5給出了高端電流檢測放大器的基本拓撲結構。在這種情況下
，放大器將一個等效於VSENSE的電壓強加到RIN上。通過RIN的電流被迫通過ROUT，從而產生一個以地為基準的電壓。 很(hen)顯(xian)然(ran)，對(dui)於(yu)基(ji)本(ben)的(de)高(gao)端(duan)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)放(fang)大(da)器(qi)來(lai)說(shuo)，要(yao)求(qiu)具(ju)有(you)高(gao)輸(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)

，具(ju)有(you)高(gao)精(jing)度(du)的(de)高(gao)增(zeng)益(yi)，具(ju)有(you)良(liang)好(hao)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)性(xing)能(neng)的(de)寬(kuan)共(gong)模(mo)範(fan)圍(wei)。還(hai)有(you)一(yi)點(dian)不(bu)太(tai)明(ming)顯(xian)的(de)是(shi)放(fang)大(da)器(qi)的(de)精(jing)度(du)也(ye)很(hen)重(zhong)要(yao)。           [page]                                          
 

圖5：基本的高端電流檢測放大器。

1對於開關或整流型負載


，在開關和負載之間安置一個傳感電阻器將會在放大器端引起一個較大的
、且頻率可能很高的共模電壓。即便是放大器具有很高的共模抑製能力，當出現很大的高頻共模電壓時，也會導致CMRR誤差。為了避免這一不必要的難題，傳感電阻器應該對著電源放置，以免受到整流電壓的影響。

阻抗是關鍵

理(li)想(xiang)情(qing)況(kuang)下(xia)，電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)檢(jian)測(ce)都(dou)不(bu)應(ying)影(ying)響(xiang)所(suo)連(lian)接(jie)的(de)負(fu)載(zai)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)電(dian)壓(ya)檢(jian)測(ce)器(qi)件(jian)應(ying)該(gai)具(ju)有(you)近(jin)似(si)無(wu)窮(qiong)大(da)的(de)輸(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)，這(zhe)樣(yang)才(cai)能(neng)確(que)保(bao)對(dui)負(fu)載(zai)沒(mei)有(you)明(ming)顯(xian)的(de)分(fen)流(liu)。相(xiang)反(fan)
，電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)應(ying)該(gai)具(ju)有(you)近(jin)似(si)為(wei)零(ling)的(de)輸(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)
，這(zhe)樣(yang)才(cai)能(neng)確(que)保(bao)加(jia)到(dao)負(fu)載(zai)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)不(bu)會(hui)明(ming)顯(xian)降(jiang)低(di)。高(gao)端(duan)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)(放大器+電阻器)應滿足這兩項要求。用來檢測RSENSE上電壓的放大器必須具有高輸入阻抗，而用來檢測負載電流的電阻則必須非常小。

為(wei)了(le)進(jin)一(yi)步(bu)證(zheng)明(ming)這(zhe)一(yi)點(dian)，可(ke)以(yi)嚐(chang)試(shi)使(shi)用(yong)大(da)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)。隨(sui)著(zhe)串(chuan)聯(lian)電(dian)阻(zu)的(de)增(zeng)加(jia)
，負(fu)載(zai)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)下(xia)降(jiang)。外(wai)部(bu)串(chuan)聯(lian)的(de)電(dian)阻(zu)是(shi)消(xiao)耗(hao)能(neng)量(liang)的(de)原(yuan)因(yin)，過(guo)大(da)的(de)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)還(hai)會(hui)導(dao)致(zhi)過(guo)度(du)的(de)熱(re)耗(hao)散(san)
，從(cong)而(er)引(yin)起(qi)長(chang)期(qi)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)問(wen)題(ti)。

那麼，是否有任何理由來使用大電阻呢？使用大電阻的主要優點是增加總的輸出電壓(等式1)。這在放大器的增益固定或增益可配置能力有限時是有用的。

對檢測電阻的大小有一個限製。放大器的輸入範圍和最大期望電流將決定最大的可用檢測電阻(等式2)。

例如
，如果通過檢測電阻的最大電流(ISENSE_MAX)預期為50mA
，而高端電流檢測放大器所能接收的最大輸入電壓為250mV(VSENSE_MAX)，則最大檢測電阻為5ohms (RSENSE_MAX)。

理(li)論(lun)上(shang)，不(bu)應(ying)該(gai)強(qiang)迫(po)設(she)計(ji)師(shi)通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)來(lai)補(bu)償(chang)放(fang)大(da)器(qi)。隻(zhi)要(yao)放(fang)大(da)器(qi)能(neng)夠(gou)以(yi)足(zu)夠(gou)的(de)增(zeng)益(yi)和(he)精(jing)度(du)工(gong)作(zuo)，設(she)計(ji)師(shi)就(jiu)應(ying)該(gai)使(shi)用(yong)最(zui)小(xiao)可(ke)接(jie)受(shou)的(de)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)。這(zhe)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)放(fang)大(da)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)偏(pian)置(zhi)電(dian)壓(ya)和(he)必(bi)須(xu)處(chu)理(li)的(de)最(zui)小(xiao)電(dian)流(liu)來(lai)計(ji)算(suan)。

例如，如果需要1mA的分辨率(IRES)，而高端電流檢測放大器的偏置電壓是1mV (VOFFSET)，最大檢測電阻則應為1ohm (RSENSE_MIN)。方程3強調了一個關鍵點

，即最小檢測電阻直接與高端電流檢測放大器的偏置電壓有關。

密切關注先進的電流檢測放大器

由於具有高端電流檢測的精度
，新一代高端電流檢測放大器的性能相對於上一代有了顯著的改善。例如，淩力爾特科技公司的LTC6102就是一款結合了零漂移技術的最新高端電流檢測放大器。該放大器的輸入偏置電壓隻有10μV
，最大偏置漂移隻有50nV/℃。與上一代的電流檢測放大器相比


，LTC6102可以使用更小的檢測電阻2。如果係統能夠允許更大的VSENSE， LTC6102可以接收高達2V的檢測電壓。這種組合偏置加上這一最大檢測電壓可以使放大器提供106dB的(de)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)，從(cong)而(er)能(neng)夠(gou)處(chu)理(li)來(lai)自(zi)電(dian)流(liu)放(fang)大(da)器(qi)的(de)微(wei)安(an)級(ji)電(dian)流(liu)。用(yong)它(ta)可(ke)以(yi)檢(jian)測(ce)更(geng)小(xiao)的(de)電(dian)流(liu)
，因(yin)為(wei)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)外(wai)部(bu)電(dian)阻(zu)達(da)到(dao)任(ren)意(yi)的(de)增(zeng)益(yi)值(zhi)。通(tong)過(guo)利(li)用(yong)精(jing)密(mi)電(dian)阻(zu)器(qi)
，增(zeng)益(yi)精(jing)度(du)可(ke)以(yi)優(you)於(yu)99%。
 

圖6：淩力爾特科技公司LTC6102可以直接實現高端電流檢測。配置該器件隻需一個RSENSE和兩個增益電阻器。設計師可以通過選擇RIN和 ROUT來定製功耗、響應時間以及輸入/輸出阻抗特性。[page]

LTC6102也並不犧牲其他重要的電流檢測功能。高輸入阻抗將輸入偏置電流限製在300pA以下。LTC6102在高達105V的共模輸入電壓條件下仍能工作。共模抑製達到130dB，在100V的共模輸入電壓範圍內所貢獻的偏差小於32 uV3。在故障保護方麵，該器件的響應時間為1usec
，因此在負載或電源發生意外時能夠迅速地關斷電源。

2與具有1mV偏置電壓和1 uV/℃漂移的典型高端電流檢測放大器相比，LTC6102具有最小的理論檢測電阻值(RSENSE_MIN, 等式3)，對於任何給定的電流分辨率(IRES) 而言都要小99%。

3共模抑製等於20 * Log [VCM / VOS]。

本文小結

gaoduandianliujiancefangdaqiweijiancehekongzhidianliutigonglezhuduoneizaideyoushi。xianjindedianchiguanlihedianjikongzhijishujiushihenhaodeyixieshijiyingyonganli
，tamenduijuyougenggaogongmodianya、更高準確度和更高精度的電流檢測放大器提出迫切需求。業界領先的LTC6102由you於yu具ju有you強qiang大da的de功gong能neng和he出chu色se的de精jing度du而er得de到dao了le業ye界jie的de青qing睞lai。目mu前qian的de高gao端duan電dian流liu檢jian測ce放fang大da器qi已yi經jing達da到dao了le業ye界jie領ling先xian精jing度du的de運yun算suan放fang大da器qi的de性xing能neng水shui平ping，為wei設she計ji師shi提ti供gong了le一yi個ge簡jian單dan、多功能和高精度的選擇，可以完全替代過去精度低而且複雜的電流檢測電路。