設(shè)計(jì)說明

該電路演示了如何使用電流檢測放大器來精確、可靠地測量微安級小電流并最大程度地?cái)U(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。以下誤差分析可應(yīng)用于許多電流檢測放大器。該設(shè)計(jì)依賴于使用精密的低輸入偏置電流檢測放大器以及分析由大分流電阻器上的輸入偏置電流導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)誤差。

設(shè)計(jì)說明

1. 電流檢測放大器入門 視頻系列介紹了電流檢測放大器的實(shí)現(xiàn)方式、相關(guān)誤差源和高級主題。
2. 選擇精度為 0.1% 的分流電阻器，以限制電流較高時(shí)的增益誤差。
3. 選擇低輸入偏置電流（高輸入阻抗）放大器（如 INA190）。
4. 確認(rèn) VCM 處于 INA190 的工作 VCM 范圍內(nèi)：-0.1V 至 40V。
5. 如果使用單點(diǎn)校準(zhǔn)來校準(zhǔn)直流偏移或者器件的運(yùn)行條件與 INA190 具有皮安級偏置電流和使能端的低電源電壓、高精度、低側(cè)和高側(cè)電流分流監(jiān)控器 數(shù)據(jù)表指定的條件（V_VS = 1.8V，V_CM = 12V，V_REF = 0.9V，T_A = 25°C）相同，則誤差會(huì)顯著降低?？梢酝ㄟ^執(zhí)行兩點(diǎn)校準(zhǔn)來消除增益誤差。
6. 當(dāng)使用大分流電阻器和直流電流時(shí)，建議在 INA190 輸入端添加 ≥ 1nF 輸入差分電容器。
7. 根據(jù)產(chǎn)品說明書遵循布局最佳實(shí)踐：將靠近 VS 引腳的電容器去耦，將 IN+ 和 IN- 的輸入跡線布線為差分對，等等。

設(shè)計(jì)步驟

1. 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證分流電阻器是否在 1μA 負(fù)載電流下實(shí)現(xiàn) 3.51% 的最大總誤差。假設(shè)所有偏移和增益誤差都是負(fù)值。請注意，輸入偏置電流 (I_IB) 引起的誤差是 V_SHUNT 和輸入差分阻抗 (R_DIFF) 的函數(shù)，其中 R_DIFF = I_IB+/V_DIFF。由于 I_IB- 的起始值為大約 +500pA，然后會(huì)隨著 V_SHUNT 的增大而減小，因此這會(huì)產(chǎn)生負(fù)輸入偏移誤差。請參閱數(shù)據(jù)表中的 IB+ 和 IB- 與差分輸入電壓間的關(guān)系 圖。
   
   
2. 驗(yàn)證檢測到的電流范圍是否符合器件的輸出動(dòng)態(tài)范圍。這取決于兩種規(guī)格：擺幅至 V_VS (V_SP) 和零電流輸出電壓 (V_ZL)。V_ZL 是在 -40°C 至 +125°C 溫度、V_VS = 1.8V、V_REF = 0V、V_SENSE = 0mV、V_CM = 12V 和 R_L = 10kΩ 的條件下指定的。由于數(shù)據(jù)表?xiàng)l件與此設(shè)計(jì)的條件不匹配，因此推斷最大 V_ZL 值。
   1. 計(jì)算 V_ZL 的測試條件的最大可能正偏移。這稱為 V_{OS_TestConditions}。
   2. 通過乘以最大可能增益將此輸入偏移轉(zhuǎn)換為輸出偏移。
   3. 通過獲取數(shù)據(jù)表中的 V_{ZL_MAX} 與之前確定的最大輸出偏移之間的差值，來確定余量電壓。
   4. 通過將余量電壓添加到此設(shè)計(jì)的最大可能輸出偏移，來計(jì)算此設(shè)計(jì)中的 V_{ZL_MAX}。
   5. 確保 1μA 時(shí)的最小 V_OUT 大于 V_{ZL_MAX}。請注意，1μA 時(shí)的 V_{OUT_MIN} 假設(shè) R_SHUNT 在最壞情況下的容差為 –1% 并且具有負(fù)輸入偏移。
      
   6. 現(xiàn)在，確保 104μA 下的最大 V_OUT 小于 V_{SP_MIN}。請注意，104μA 時(shí)的 V_{OUT_MAX} 假設(shè) R_SHUNT 在最壞情況下的容差為 +1% 并且具有正輸入偏移。
      
3. 根據(jù)第 1 步中的總誤差公式生成總誤差與負(fù)載電流間的關(guān)系 曲線。針對典型和最大產(chǎn)品說明書規(guī)格執(zhí)行此操作。

設(shè)計(jì)仿真

直流仿真結(jié)果

下圖顯示了 1μA 至 104μA 負(fù)載電流的線性輸出響應(yīng)

總誤差計(jì)算

下圖顯示了使用保證限制規(guī)格和典型規(guī)格的總絕對溫度誤差。請注意，精度受到所檢測最低電流的偏移電壓的限制，并受到較高電流下增益誤差的限制。有源偏移斬波可以限制由溫度引起的誤差。

設(shè)計(jì)參考資料

德州儀器 (TI)，SBOMAI6 電路 SPICE，仿真文件

德州儀器 (TI)，電流檢測放大器入門，高精度實(shí)驗(yàn)室視頻系列

德州儀器 (TI)，擴(kuò)展電流輸出電流分流監(jiān)控器的共模電壓范圍，應(yīng)用簡報(bào)

德州儀器 (TI)，電流檢測放大器，產(chǎn)品頁

設(shè)計(jì)采用的電流分流監(jiān)控器