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電流測量在電子系統(tǒng)中用于提供驗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，從而可以進行相應(yīng)調(diào)整以提高可靠性或保護系統(tǒng)元件免受損壞。

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

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

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

為優(yōu)化電流感測信號鏈，必須針對電流范圍和 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，要基于測量精度與分流電阻功耗之間的折衷進行考慮。電阻值越大，電流流過分流電阻時產(chǎn)生的差分電壓就越大。由于放大器偏移電壓固定不變，因此測量誤差會比較小。然而，分流電阻上的信號越大，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中所占百分比較大，因此會增大測量誤差。

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

INA210 是一款專用電流檢測放大器，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，顯著降低運算放大器和外部增益電阻對電路板空間的要求。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。

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

ADC 基準(zhǔn)也是另一個誤差源，在此信號路徑中必須進行評估。典型 ADC 的輸入范圍會基于轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓。實際基準(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應(yīng)用設(shè)計的專用 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，無需放大輸入信號即可盡可能擴大 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)控電流檢測電阻上的壓降，如圖 1-3 所示。

除了能夠直接測量電流流過分流電阻時分流電阻兩端產(chǎn)生的電壓，INA226 還可以測量共模電壓。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量和單端總線電壓測量之間進行切換。

系統(tǒng)中的電流感測電阻值可以編程到 INA226 的配置寄存器中?；谠撾娏鞲袦y電阻值和測量的分流電壓，可通過片上計算將分流電壓轉(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放大器的優(yōu)點。對于實現(xiàn)過流檢測的應(yīng)用，INA301 采用了集成比較器，可實現(xiàn)用時短至 1μs 的片上過流檢測。對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 ADC。