工程师设计分析：影响电流检测精确度的几种规

在电流检测领域，牢固掌握电流检测的基础知识，了解电流检测所使用的一些器件，知道如何计算某种解决方案的精确度以及印制电路板(PCB)布局和问题检修的一些指导原则都非常有用。本文将为您详细介绍影响某种解决方案精确度的一些规范，这些规范包括输入补偿电压(Vos)、共模抑制比(CMRR)和电源抑制比(PSRR)。

精确度

分流器测量的系统精确度会受到许多误差源的影响，其中一些如表1所示。方程式1表明了极端系统精确度情况。

eq1

其中，Sworst-case(%)为每个误差源的误差贡献度。但是，一种更为实际的系统精确度计算方法是，将无关联误差写成一个和的平方根(RSS)，如方程式2所示。

eq2

表一：系统级误差源。

由于表1所列大部分误差均为输入参考(RTI)，因此我们最好是就输入方面来对精确度进行讨论。参考器件输入的误差乘以器件增益，得到其对输出的影响程度。

输入补偿电压

输入补偿电压一般为影响某种解决方案精确度的最大因素。它的定义是“一个必须施加于输入端之间以强制静态DC输出电压为零或者其他规定电平的DC电压”。放大器的理想Vos为0V。但是，工艺差异和器件设计限制等原因，会导致Vos不为零。

所有输入参考误差均根据理想分流器电压计算得到。理想分流器电压应为负载电流和理想电阻器值的乘积。系统中，标称负载电流为5A，理想关联电阻器值为1mΩ，则器件Vos规范的误差贡献程度计算方法如方程式3所示。假设我们决定使用INA170，其最大Vos规范为1mV。

eq3

要想减小这种误差，我们有两种方法：增加Rshunt电阻，或者降低Vos (max)。增加Rshunt 电阻方法是否可行，取决于成本、电路板空间或者功耗情况。另外，我们也可以尝试找到一种具有更低Vos的替代器件。

最后，需要注意的是，负载电流与误差成反比关系。在我们的例子中，标称负载电流为5A时，计算得20%。如果系统负载电流减少，则Vos规范产生的有效误差增加。因此，设计人员应在最小负载电流下计算极端误差。

共模抑制比

在介绍CMRR以前，我们需要重新复习一下输入共模电压知识。放大器的输入共模电压为两个输入端的共用平均电压。尽管这样说确实没有错，但最好还是将分流器电压同共模电压区分开来。通过定义Vid（差动输入电压），可以达到这个目标。在电流检测应用中，它还可以被看作是分流器电压。图1显示了输入共模电压的另一种定义，其使用了差动输入电压。图1还再次提出了差模增益(Adm)的概念。差动放大器的理想输出为差动输入电压和差模增益的乘积。

图1：共模电压另一种定义。(差模增益, 差动放大器,)