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電流測(cè)量在電子系統(tǒng)中用于提供驗(yàn)證器件是否在可接受裕度范圍內(nèi)工作的反饋并用于檢測(cè)潛在的故障條件。通過分析系統(tǒng)的電流水平，可以診斷意外的或非預(yù)期的工作模式，從而可以進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整以提高可靠性或保護(hù)系統(tǒng)元件免受損壞。

電流是一種難以直接測(cè)量的信號(hào)。然而，可以采用多種測(cè)量方法測(cè)量流動(dòng)電流的效應(yīng)。電流流過導(dǎo)線時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而磁場(chǎng)能夠通過磁傳感器（例如霍爾傳感器和磁通門傳感器）進(jìn)行檢測(cè)。此外，還可以通過測(cè)量電流流過電阻時(shí)產(chǎn)生的電壓來測(cè)量電流。這種類型的電阻稱為電流感測(cè)電阻或分流電阻。

對(duì)于低于 100 伏的電壓軌上最高 100 安培的電流，通常首選分流電阻進(jìn)行測(cè)量。與磁解決方案相比，分流電阻測(cè)量方案通常物理尺寸更小、精度更高并且測(cè)量具有溫度穩(wěn)定性。

為對(duì)系統(tǒng)的電流信息進(jìn)行評(píng)估和分析，必須將其數(shù)字化并發(fā)送到系統(tǒng)控制器。用于測(cè)量并轉(zhuǎn)換在分流電阻上產(chǎn)生的信號(hào)的方法有多種。最常見的方法是采用模擬前端將電流感測(cè)電阻的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)。然后，將單端信號(hào)連接到與微控制器相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。圖 1-1 顯示了電流感測(cè)信號(hào)鏈。

為優(yōu)化電流感測(cè)信號(hào)鏈，必須針對(duì)電流范圍和 ADC 的滿量程輸入范圍適當(dāng)?shù)剡x擇分流電阻值和放大器增益。選擇分流電阻時(shí)，要基于測(cè)量精度與分流電阻功耗之間的折衷進(jìn)行考慮。電阻值越大，電流流過分流電阻時(shí)產(chǎn)生的差分電壓就越大。由于放大器偏移電壓固定不變，因此測(cè)量誤差會(huì)比較小。然而，分流電阻上的信號(hào)越大，其功耗 (P = I2R) 就越大。分流電阻越小，分流電阻兩端的壓降就越小，從而功耗也就越低，但由于放大器的固定偏移誤差在信號(hào)中所占百分比較大，因此會(huì)增大測(cè)量誤差。

選擇放大器增益時(shí)，要確保放大器的輸出信號(hào)在滿量程輸入電流水平時(shí)不會(huì)超過 ADC 的滿量程輸入范圍。

INA210 是一款專用電流檢測(cè)放大器，集成有外部增益設(shè)置電阻，如圖 1-2 所示。與通常采用外部增益設(shè)置電阻相比，將這些增益電阻內(nèi)置到器件中可以提高匹配度和溫漂穩(wěn)定性。器件采用 QFN 封裝，可節(jié)省空間，顯著降低運(yùn)算放大器和外部增益電阻對(duì)電路板空間的要求。通常提供多款具有不同固定增益水平的電流感測(cè)放大器，從而可以根據(jù)輸入電流和 ADC 滿量程輸入范圍更好地優(yōu)化與分流電阻值的配對(duì)。

圖 1-1 所示為運(yùn)算放大器測(cè)量分流電阻兩端的差分電壓并將放大的信號(hào)發(fā)送到單端 ADC。全差分輸入 ADC 可以直接監(jiān)測(cè)分流電阻兩端的差分電壓。使用典型 ADC 的其中一個(gè)缺點(diǎn)是會(huì)降低所用的輸入范圍。分流電阻兩端的信號(hào)會(huì)很小，以限制該元件的功耗要求。此外，若 ADC 分辨率較低，也會(huì)影響小信號(hào)的測(cè)量精度。

ADC 基準(zhǔn)也是另一個(gè)誤差源，在此信號(hào)路徑中必須進(jìn)行評(píng)估。典型 ADC 的輸入范圍會(huì)基于轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓。實(shí)際基準(zhǔn)電壓范圍因器件而異，但通常在 2 V 至 5 V 范圍內(nèi)。LSB（最低有效位）基于轉(zhuǎn)換器的滿量程范圍和分辨率。例如，滿量程輸入范圍為 2.5V 的 16 位轉(zhuǎn)換器，LSB 值約為 38μV。

INA226 是一款專為雙向電流檢測(cè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的專用 ADC。與典型 ADC 不同，這款 16 位轉(zhuǎn)換器具有 +/-80mV 的滿量程輸入范圍，無需放大輸入信號(hào)即可盡可能擴(kuò)大 ADC 的滿量程輸入范圍。INA226 能夠根據(jù)器件的最大輸入失調(diào)電壓 (10μV) 和 LSB (2.5μV) 精確測(cè)量較小的分流電壓。INA226 的分辨率是等效標(biāo)準(zhǔn) 16 位 ADC 的 15 倍，其滿量程輸入范圍為 2.5V。INA226 的專業(yè)化使得該器件非常適合直接監(jiān)控電流檢測(cè)電阻上的壓降，如圖 1-3 所示。

除了能夠直接測(cè)量電流流過分流電阻時(shí)分流電阻兩端產(chǎn)生的電壓，INA226 還可以測(cè)量共模電壓。INA226 具有輸入多路復(fù)用器，支持 ADC 輸入電路在差分分流電壓測(cè)量和單端總線電壓測(cè)量之間進(jìn)行切換。

系統(tǒng)中的電流感測(cè)電阻值可以編程到 INA226 的配置寄存器中。基于該電流感測(cè)電阻值和測(cè)量的分流電壓，可通過片上計(jì)算將分流電壓轉(zhuǎn)換回電流，并且可直接讀取相應(yīng)的系統(tǒng)功率水平。在片上執(zhí)行這些計(jì)算可減少轉(zhuǎn)換該信息通常需要的處理器資源。

備選器件建議

對(duì)于性能要求較低的應(yīng)用，使用 INA199 仍可以利用專用電流檢測(cè)放大器的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于實(shí)現(xiàn)過流檢測(cè)的應(yīng)用，INA301 采用了集成比較器，可實(shí)現(xiàn)用時(shí)短至 1μs 的片上過流檢測(cè)。對(duì)于性能要求較低的應(yīng)用，使用 INA219 能夠利用專用的電流檢測(cè) ADC。