中心議題：

• 電流檢測方法研究

解決方案：

• 高端電流檢測放大器用來監視和控製電流
• LTC6102 可簡單直接地實現高端電流檢測

大多數模擬集成電路（比較器

、運算放大器、儀表放大器、基準、濾波器等）都dou是shi用yong來lai處chu理li電dian壓ya信xin號hao的de。至zhi於yu處chu理li電dian流liu信xin號hao的de器qi件jian，設she計ji師shi們men的de選xuan擇ze卻que少shao得de可ke憐lian，而er且qie還hai要yao麵mian對dui多duo得de多duo的de難nan題ti。這zhe很hen不bu幸xing，因yin為wei直zhi接jie監jian視shi和he測ce量liang電dian流liu有you很hen大da的de優you勢shi。通tong過guo觀guan察cha電dian流liu流liu動dong
，可ke以yi最zui好hao地di監jian視shi電dian動dong機ji扭niu矩ju、螺線管受力

、LED 密度、太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)受(shou)光(guang)量(liang)和(he)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)。所(suo)需(xu)要(yao)的(de)隻(zhi)是(shi)一(yi)個(ge)能(neng)準(zhun)確(que)測(ce)量(liang)電(dian)流(liu)並(bing)將(jiang)電(dian)流(liu)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)壓(ya)的(de)電(dian)路(lu)
，這(zhe)樣(yang)就(jiu)可(ke)以(yi)用(yong)很(hen)容(rong)易(yi)買(mai)到(dao)現(xian)有(you)的(de)電(dian)壓(ya)器(qi)件(jian)（放大器
、比較器
、ADC 等）以放大、調節和測量電壓。 盡jin管guan電dian阻zu可ke以yi將jiang電dian流liu轉zhuan換huan成cheng電dian壓ya
，但dan是shi隻zhi用yong電dian阻zu並bing不bu能neng組zu成cheng完wan整zheng的de解jie決jue方fang案an。最zui常chang見jian的de解jie決jue方fang案an是shi，用yong一yi個ge直zhi接jie與yu電dian流liu串chuan聯lian的de檢jian測ce電dian阻zu，並bing用yong一yi個ge放fang大da器qi來lai隔ge離li和he調tiao節jie電dian阻zu上shang的de電dian壓ya（VSENSE）。
組合放大器與檢測電阻

乍一看，將電阻與接地點串聯似乎與大多數簡單直接的電流檢測方法一樣。這種方法稱為低端電流檢測（圖 3A），yaoqiubucunzaikenengshidianliuzaijiancedianzuzhouweibeifenliuhuokenengyinrulinjindianludianliudejieditonglu。ruguojijiagouchenglexitongdi，namecharuzheyangdejiancedianzuyexushibushijide。erqie，jirandixianbushilixiangdaoti，namexitongzhongbutongweizhidedidianyakenengbutong，yincibixushiyongchafenfangdaqicainengshixianzhunqueceliang（圖 3B）。 [page]
在進行低端電流檢測時還有更嚴重的問題。接地通路中的電阻意味著負載“地”將隨著電流的變化而變化。這可能引起係統共模誤差
，並在與需要相同地電平的其他係統連接時出現問題。因為測量分辨率隨著 VSENSE 幅度的提高而提高，因此設計師必須以“地噪聲”換取分辨率的提高。適度的 100mV 滿標度 VSENSE 轉換成 100mV 注入地噪聲。通過在電源和負載之間放置電流檢測電阻，可以避免地電平變化問題。

這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)稱(cheng)為(wei)高(gao)端(duan)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)。檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)上(shang)的(de)差(cha)分(fen)電(dian)壓(ya)仍(reng)然(ran)可(ke)用(yong)來(lai)直(zhi)接(jie)測(ce)量(liang)電(dian)流(liu)

，不(bu)過(guo)現(xian)在(zai)電(dian)阻(zu)上(shang)有(you)一(yi)個(ge)非(fei)零(ling)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)。這(zhe)種(zhong)配(pei)置(zhi)的(de)技(ji)術(shu)難(nan)題(ti)是(shi)，必(bi)須(xu)從(cong)電(dian)源(yuan)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)中(zhong)分(fen)辨(bian)出(chu)小(xiao)的(de)差(cha)分(fen)檢(jian)測(ce)電(dian)壓(ya)（圖 4）。

就(jiu)低(di)壓(ya)係(xi)統(tong)而(er)言(yan)，儀(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)或(huo)其(qi)他(ta)軌(gui)至(zhi)軌(gui)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)用(yong)於(yu)監(jian)視(shi)高(gao)端(duan)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)可(ke)能(neng)足(zu)夠(gou)了(le)。放(fang)大(da)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)必(bi)須(xu)在(zai)不(bu)增(zeng)加(jia)很(hen)大(da)誤(wu)差(cha)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)轉(zhuan)換(huan)到(dao)地(di)電(dian)平(ping)。電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)很(hen)高(gao)時(shi)，也(ye)許(xu)需(xu)要(yao)將(jiang) VSENSE 轉(zhuan)換(huan)到(dao)放(fang)大(da)器(qi)輸(shu)入(ru)共(gong)模(mo)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)電(dian)路(lu)

，或(huo)者(zhe)將(jiang)放(fang)大(da)器(qi)浮(fu)動(dong)到(dao)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)的(de)電(dian)路(lu)。這(zhe)些(xie)方(fang)法(fa)除(chu)了(le)增(zeng)加(jia)電(dian)路(lu)板(ban)空(kong)間(jian)和(he)成(cheng)本(ben)，還(hai)假(jia)定(ding)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)將(jiang)保(bao)持(chi)在(zai)一(yi)個(ge)很(hen)窄(zhai)的(de)特(te)定(ding)範(fan)圍(wei)內(nei)。就(jiu)大(da)多(duo)數(shu)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)應(ying)用(yong)而(er)言(yan)，預(yu)先(xian)考(kao)慮(lv)大(da)的(de)共(gong)模(mo)變(bian)化(hua)非(fei)常(chang)有(you)用(yong)。例(li)如(ru)，如(ru)果(guo)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)在(zai)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)下(xia)降(jiang)時(shi)可(ke)以(yi)工(gong)作(zuo)

，那(na)麼(me)它(ta)可(ke)以(yi)指(zhi)示(shi)電(dian)源(yuan)或(huo)負(fu)載(zai)處(chu)是(shi)否(fou)存(cun)在(zai)問(wen)題(ti)；dianliuguodabiaomingxianliuhefuzaiguzhang
，dianliubuzuzhishidianyuanguzhang。lingyifangmian
，dianliujiancedianlukenengmianduichaoguodianyuandianyadegongmodianya。henduodianliuqijian，rudiandongjiheluoxianguan
，benzhishangdoushiganxingde
，tongguozhexieqijiandedianliuxunsubianhuahuiyinqiganxingfanji
，daozhijiancedianzushangchuxiandadedianyabaifu。zhexielizizhunqueshuominglefangdaqiheshizuiyouyong。

簡單的解決方案

weilekefuzhexiedianliujiancenanti
，renmenchuangzaolegaoduandianliujiancefangdaqi。zhexieteshufangdaqiyonglaiconggaogongmodianyazhongchouqutongguoxiaojiancedianzudedianliuchanshengdexiaochafendianya。ranhou
，jiancedianyabeifangdabingbeizhuanhuanchengyidiweijizhundexinhao。tu 5 顯示了高端電流檢測放大器的基本拓撲。在這個圖中，放大器給 RIN 加上等於 VSENSE 的電壓。然後
，通過 RIN 的電流流過 ROUT，提供以地為基準的輸出電壓。就這個基本功能而言
，很明顯
，高端電流檢測放大器應該有高輸入阻抗
、高增益和高增益準確度、以及寬共模範圍和良好的共模抑製。也許不那麼明顯的是還有放大器精確度的重要性。

關注電阻

lixiangqingkuangxia，dianliuhedianyajiancedianlubuyinggaiduitasuolianjiedefuzaizaochengyingxiang。zheyiweizhe，dianyajianceqijianyinggaiyoujiejinwuxiandadeshuruzukang
，zhekequebaobuhuicongfuzaifenzoukeguandedianliu。xiangfan
，dianliujianceqijianyinggaiyoujiejinlingdeshuruzukang

，zhekequebaobuhuimingxiandijiangdifuzaidianya。gaoduandianliujiancedianlu（放大器＋電阻）同時受到這兩種要求的製約。用來檢測 RSENSE 上電壓的放大器必須有高輸入阻抗。用來檢測負載電流的電阻必須非常小。

weilechongfenlijiezheyidian，womenlaikanyixiashiyongdajiancedianzushideqingkuang。yinweichuanliandianzutigaole，suoyifuzaihuodededianyajiangdile。waijiachuanliandianzushinenglianglangfeidegenyuan
，dadejiancedianzukenengdaozhiguoduderehaosan，congchangyuanlaikankenengyinqikekaoxingwenti。

使用大檢測電阻有什麼理由嗎？主要的優點是提高了總的輸出電壓（EQ1）。這在放大器有固定增益或增益可配置性有限時可能很有用。
 公式 檢測電阻值有個限度。放大器輸入範圍和最大預期電流將決定最大的實際檢測電阻值（EQ2）。

RSENSE_MAX = (VSENSE_MAX / ISENSE_MAX) [EQ2]

例如，如果通過檢測電阻（ISENSE MAX）的最大預期電流是 50mA，高端電流檢測放大器可以接受高達 250mV（VSENSE MAX）的輸入，那麼最大檢測電阻值是 50Ω（RSENSE_MAX）。
[page]
理(li)想(xiang)情(qing)況(kuang)下(xia)，設(she)計(ji)師(shi)不(bu)應(ying)該(gai)被(bei)迫(po)增(zeng)加(jia)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)以(yi)補(bu)償(chang)放(fang)大(da)器(qi)。隻(zhi)要(yao)放(fang)大(da)器(qi)能(neng)以(yi)足(zu)夠(gou)的(de)增(zeng)益(yi)和(he)增(zeng)益(yi)準(zhun)確(que)度(du)工(gong)作(zuo)，設(she)計(ji)師(shi)就(jiu)應(ying)該(gai)去(qu)關(guan)注(zhu)最(zui)小(xiao)可(ke)接(jie)受(shou)電(dian)阻(zu)值(zhi)。這(zhe)可(ke)以(yi)從(cong)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)放(fang)大(da)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)失(shi)調(tiao)電(dian)壓(ya)算(suan)出(chu)來(lai)
，必(bi)須(xu)分(fen)辨(bian)的(de)最(zui)小(xiao)電(dian)流(liu)為(wei)

RSENSE_MIN = (VOFFSET / IRES). [EQ3]

例如，如果要求 1mA 分辨率（IRES），高端電流檢測放大器的失調電壓為 1mV（VOFFSET），那麼最小檢測電阻為 1Ω（RSENSE MIN）。等式 3 突出了一個關鍵點：最小檢測電阻與高端電流檢測放大器的失調電壓直接相關。

深入了解現代電流檢測放大器

設計師把精準高壓側電流檢測技術謹記於心, 從而開發出了新型高壓側電流檢測放大器, 與先前的同類產品相比, 性能有了大幅度的提升。例如，淩力爾特公司的 LTC6102 是一種采用零漂移技術的新型高端電流檢測放大器。這種放大器的輸入失調電壓僅為 10uV
，偏壓漂移最大值為 50nV/oC。與前幾代電流檢測放大器相比，LTC6102 可以使用小得多的檢測電阻(2)。如果係統能夠承受大的 VSENSE
，那麼LTC6102 就可以接受高達 2V 的檢測電壓。低失調加上這麼高的最高檢測電壓可實現超過 106dB 的動態範圍
，允許LTC6102從cong安an培pei級ji電dian流liu分fen辨bian出chu微wei安an級ji電dian流liu。檢jian測ce非fei常chang小xiao的de電dian流liu是shi可ke能neng的de，因yin為wei任ren何he增zeng益yi值zhi都dou可ke以yi用yong外wai部bu電dian阻zu選xuan擇ze。通tong過guo使shi用yong精jing密mi電dian阻zu，增zeng益yi準zhun確que度du可ke以yi高gao於yu 99%。

LTC6102 也不損害其他重要的電流檢測性能。其高阻抗輸入將輸入偏置電流限製為低於 300pA。LTC6102 可以在輸入共模電壓高達 105V 時工作。130dB 的共模抑製在整個 100V 輸入共模電壓範圍內產生低於 32uV 的偏移誤差(3)。就故障保護而言，LTC6102 有 1us 的響應時間，從而允許該器件在出現意外的負載或電源變化時迅速關閉電源。 圖 6：淩力爾特公司的 LTC6102 可簡單直接地實現高端電流檢測。用 RSENSE 和兩個增益電阻就可以配置該器件。通過選擇 RIN 和 ROUT，設計師可以定製功耗、響應時間和輸入/輸出阻抗特性

結論

高端電流檢測放大器用來監視和控製電流時具有固有的優勢。電池管理、電動機控製等領域的技術進步導致對較高共模電壓、較高準確度和較高精確度的電流檢測放大器的極大需求。LTC6102 lvxianyiyitaolingrenyinxiangshenkedegongnenghezhuoyuedejingquedukaipileyipianxintiandi。gaoduandianliujiancefangdaqixianzaiyijingdadaoleyejielingxianjingqueyunsuanfangdaqidexingnengshuiping，weishejishitigongleyizhongjiandan、通用和高度準確的器件
，這種器件可替代過去精確度較低或較複雜的電流檢測電路。