負(fù)載電流 I_LOAD 流經(jīng)分流電阻器 R_SHUNT，產(chǎn)生分流電壓 V_SHUNT。然后由 U1A 和 R₁ 至 R₄ 構(gòu)成的差分放大器放大分流電壓。差分放大器的增益通過 R₄ 與 R₃ 之比設(shè)定。為了最大程度地減少誤差，設(shè)置 R₂ = R₄ 且 R₁ = R₃?；鶞?zhǔn)電壓 V_REF 通過使用 U1B 緩沖電阻分壓器的方式提供。傳遞函數(shù)由 方程式 1 確定。

方程式 1.

其中

該設(shè)計(jì)中存在兩種誤差類型：增益和失調(diào)電壓。增益誤差是由分流電阻器的容差和 R₄ 與 R₃ 之比，以及類似的 R₂ 與 R₁ 之比造成的。失調(diào)電壓誤差是由分壓器（R₅ 和 R₆）以及 R₄ / R₃ 之比與 R₂ / R₁ 之比之間的接近程度而造成的。R2/R1 之比影響差分放大器的 CMRR，最終導(dǎo)致了失調(diào)電壓誤差。

V_SHUNT 是低側(cè)測(cè)量值，因此 V_SHUNT 的值是系統(tǒng)負(fù)載的接地電勢(shì)。所以，必須對(duì) V_SHUNT 使用最大值。在此設(shè)計(jì)中，V_SHUNT 的最大值設(shè)置為 100mV。方程式 2 計(jì)算分流電阻器的最大值，假設(shè)最大分流電壓為 100mV，最大負(fù)載電流為 1A。

方程式 2.

R_SHUNT 的容差與成本成正比。在此設(shè)計(jì)中，選擇容差為 0.5% 的分流電阻器。如果需要更高的精度，則選擇容差為 0.1% 或更高精度的電阻器。

由于負(fù)載電流是雙向電流，因此分流電壓范圍為 -100mV 至 +100mV。此電壓在到達(dá)運(yùn)算放大器 U1A 前，由 R₁ 和 R₂ 分壓。請(qǐng)確保 U1A 同相節(jié)點(diǎn)處的電壓在器件的共模范圍內(nèi)。使用共模范圍擴(kuò)展到低于負(fù)電源電壓的運(yùn)算放大器（例如 TLVx387）非常重要。因?yàn)?TLVx387 的典型失調(diào)電壓僅為 ±0.25μV（±5μV，最大值），所以失調(diào)電壓誤差很小。

假設(shè)對(duì)稱負(fù)載電流為 –1A 至 +1A，分壓電阻器（R₅ 和 R₆）必須相等。為了與分流電阻器保持一致，必須選擇 0.5% 的容差。為了更大程度地降低功耗，使用了 10kΩ 電阻器。

要設(shè)置差分放大器的增益，必須考慮 TLVx387 的共模范圍和輸出擺幅。方程式 3 和方程式 4 分別顯示了給定 3.3V 電源的情況下，TLVx387 的典型共模范圍和最大輸出擺幅。

現(xiàn)在可通過方程式 5 中所示的公式計(jì)算差分放大器的增益。

方程式 5.

R₁ 和 R₃ 的電阻值選定為 1kΩ。R₂ 和 R₄ 的電阻值選定為 15.4kΩ，因?yàn)樵撝底罱咏鼧?biāo)準(zhǔn)值。因此，在此示例中，計(jì)算出的差分放大器增益為 15.4V/V。

電路的增益誤差主要取決于 R₁ 至 R₄，因此選擇了容差為 0.1% 的電阻器。該配置降低了設(shè)計(jì)中需要兩點(diǎn)校準(zhǔn)的可能性。如有需要，簡(jiǎn)單的一點(diǎn)校準(zhǔn)可消除 0.5% 電阻器產(chǎn)生的失調(diào)電壓誤差。