带有输入串联电阻的电流检测放大器的性能

2012-01-30 11:19:41来源: 互联网
概述从功能上来说,电流检测放大器可看成一个输入级浮置的仪表/差分放大器。这就是说,即使仅采用VCC = 3.3V或5V单电源供电,器件仍然能够对共模电压远大于电源电压的输入差分信号进行放大。例如,电流检测放大器的共模电压可高达28V (MAX4372和MAX4173和76V (MAX4080和MAX4081)。

电流检测放大器的这一特性对高边电流检测应用非常有用,在这些应用中需要放大高压线路上检测电阻两端的小信号电压,并将放大的电压反馈至低压ADC或低压模拟控制环路。在这类应用中,通常需要在源端对电流检测信号(如检测电阻两端的信号)进行滤波。该部分电路即可采用差分滤波器(图1)实现,以平滑负载电流“尖峰”并对电压进行检测;也可采用共模滤波器(图2)实现,以增强ESD性能,并抑制共模电压峰值和瞬时过压。设计上述滤波器时必须正确选择器件参数,以保证电路正常工作。如果元件值选择不当,将会引入无法预料的失调电压和增益误差,从而影响电路性能。


图1. 差分滤波器的电路图,可平滑负载电流尖峰


图2. 共模滤波器的电路图,增强了对ESD尖峰和共模过压的抑制能力

确定采用何种滤波器

现在就以图3所示的MAX4173电流检测放大器为例。该器件的检测电阻直接与芯片的RS+和RS-端相连。内部运算放大器使得RG1两端电压与检测电阻两端的差分电压相等,即ILOAD × RSENSE = VSENSE = IRG1 × RG1。然后,电流(IRG1)可通过内部电流镜进行转换和放大,从而产生输出电流IRGD。在MAX4173的内部电路中RGD = 12k,RG1 = 6k。

因此, 

VOUT = RGD × IRGD = RGD × 增益 × IRG1 = RGD × 增益 × VSENSE/RG1

由于RGD和RG1是片内电阻,因此,其实际电阻值通常随半导体制造工艺的变化最大波动可达±30%。由于最终增益精度由RGD与RG1的比值大小决定,因此,可以在生产期间很容易的控制最终增益并对其进行微调。


图3. MAX4173的内部功能框图

然而,当检测电阻的RSENSE+和RSENSE-端,与器件的RS+和RS-引脚之间接入串联电阻,构成差分/共模滤波器(如图1和图2所示)时,等效于器件的RG1和RG2阻值发生了变化。根据上述公式,改变调整好的RG1阻值将会引入增益误差。此外,由于RG1绝对值最大有±30%的波动,因此增益误差可达±30%,并且不同的器件的增益误差是不可控的或无法预测的。因此,控制增益误差唯一的办法就是确保输入串联电阻RSERIES+要比RG1小。

此外,由于器件输入偏置电流的存在,电阻RG1和RG2间的不匹配将会引入输入失调电压。MAX4173和MAX4372数据资料中给出的偏置电流IRS-是IRS+的2倍,因此,与RG1串联的电阻(RSERIES+)应是与RG2串联电阻(RSERIES-)的2倍,以消除输入失调电压。以下电流检测放大器具有同样的偏置电流特性:MAX4073、MAX4172、MAX4373–MAX4375和MAX4376–MAX4378。因此,需要采用相同技术使用恰当的输入电阻,以满足差分/共模信号的滤波设计。

结论和验证

总之,如果满足下列条件,则检测电阻与RS+和RS-引脚之间的串联电阻所构成的输入滤波器将具有最佳性能。
  1. 相对于RG1,RSENSE+和RS+之间的串联电阻应保持足够小。
  2. RSENSE+和RS+之间的串联电阻应是RSENSE-和RS-之间串联电阻的2倍。
最后,需要注意的是,由于RSERIES+是RSERIES-的2倍,因此共模滤波器电容也应相应调整以满足所期望的AC和瞬态性能的要求。

表1给出的实验测试结果是基于MAX4173T获得的,并支持上述讨论。VOS的最小值和最大值是根据数据资料中的最小和最大偏置电流计算的;而增益误差的最小值和最大值则是根据RG1 = 6k ±30%计算的。

表1. MAX4173串联电阻的测试结果 表1

同理,MAX4372F的实验测试结果如表2所示(RG1 = 100k)。

表2. MAX4372串联电阻的测试结果 表2

增益误差的最小值和最大值以及VOS的最小值和最大值的计算公式如下所示。

原增益
= 常数 × RGD/RG1 = 20 (T版MAX4173)
新增益
= 常数 × RGD/RG1new; RG1new = RG1 + RSERIES+
= 原增益 × RG1/RG1new
= 20 × RG1/(RG1 + RSERIES+)
增益误差
= (20 - 新增益)/20%
= RSERIES+/(RG1 + RSERIES+)
最小增益误差
= RSERIES+/(1.3 × RG1 + RSERIES+)
最大增益误差
= RSERIES+/(0.7 × RG1 + RSERIES+)
RG1 = 6k (MAX4173)

VOS = IBIAS2 × RG2new - IBIAS1 × RG1new
= IBIAS1 × ((2 × RSERIES-) - RSERIES+); 其中IBIAS2 = 2 × IBIAS1

IBIAS1(最小值) = 0
IBIAS1(最大值) = 50µA (MAX4173)

关键字:串联电阻  电流检测  放大器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0130/article_13959.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
串联电阻
电流检测
放大器

小广播

独家专题更多

迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
​TE工程师帮助将不可能变成可能,通过技术突破,使世界更加清洁、安全和美好。
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved