在不同的系統中，用來測量電流的信號鏈路徑通常都是一致的。無論是在計算機、汽車還是電機中測量電流，幾乎在所有設備中都可以找到常用的功能塊。

連接現實世界元素（光、溫度或本例中的電流等）的接口需要使用傳感器，以便將信號轉換為更易于測量的比例值（電壓或電流）。使用磁場感應來檢測電流效應的傳感器有多種。這些傳感器對于檢測很大的電流或在需要進行隔離式測量時非常有效。測量電流時最常用的傳感器是電流檢測或分流電阻器。將測量電流的電阻器串聯，即可在電流流過電阻器時產生成比例的差分電壓。

信號路徑中其余功能塊的選擇則是基于系統將會如何使用該測量電流信息。這類常用且可在大多數應用中找到的功能塊有多個，如圖 1-1 所示。這些功能塊包括用于放大來自傳感器的微弱信號的模擬前端 (AFE)、用于將來自傳感器的放大信號數字化的模數轉換器 (ADC)，以及對傳感器信息進行分析以便系統對所測量的電流電平進行相應響應的處理器。

對 AFE 的一項要求是允許直接連接到在檢測電阻器上形成的差分信號。AFE 的單端輸出可簡化連接到后續 ADC 的接口。差分放大器配置中的運算放大器通常便是用于滿足該功能要求。專用電流檢測放大器（例如 INA210）采用了集成增益設置元件，而且專為該類型的應用而設計。INA210 能夠準確測量非常微弱的信號，從而降低檢測電阻器的功率耗散要求。

下一個信號鏈功能塊是 ADC，它用于將放大的傳感器信號數字化。該器件可能需要額外的外部元件（基準、振蕩器）以實現更精確的測量功能。與 AFE 類似，ADC 功能塊也具有各種選項。您可以選擇獨立轉換器搭配板載基準和振蕩器的實施方式，也可以選擇采用板載 ADC 通道的處理器。

集成和分立 ADC 塊各有優勢和限制。對于集成到處理器中的 ADC 而言，一個明顯的優勢是板上的元件更少。板載 ADC 通道具有現成的指令集，相比獨立的 ADC，它對于額外寫入支持軟件的要求進一步降低。不過，數字控制器的器件工藝節點針對精密模擬的優化程度通常較低，這限制了板載轉換器的性能。分立式模數轉換器的一個優勢就是，允許根據優化的性能屬性（如分辨率、噪聲或轉換速度）選擇器件。

該信號鏈有一種變體，即使用 ADC 直接在電流檢測電阻器上進行測量，從而完全無需電流檢測放大器。標準轉換器將會在取代 AFE 并直接測量分流電壓方面面臨挑戰。其中一個挑戰便是 ADC 的高滿標量程。在不對檢測電阻器的壓降進行放大的情況下，將無法充分利用 ADC 的滿量程，或者需要電阻器上產生較大的壓降。較大的壓降將導致檢測電阻器上產生較大的功率耗散。有些 ADC 具有經修改的輸入范圍，旨在直接測量較微弱的信號，從而直接測量分流電壓。這類器件中通常集成了內部可編程增益放大器 (PGA)，以利用 ADC 的滿標量程。

這些微弱信號轉換器的一個限制是它們的共模輸入電壓范圍有限。這些 ADC 的輸入電壓范圍受到其電源電壓的限制，該電壓的范圍通常為 3V 至 5.5V，具體取決于所支持的核心處理器電壓。圖 1-2 中所示的 INA226 是特定于電流檢測的模數轉換器，可解決該共模限制問題。該器件具有 16 位 Δ-Σ 內核，可監測高達 36V 的共模電壓軌上的小差分分流電壓，同時由范圍為 2.7V 至 5.5V 的電源電壓進行供電。

INA226 與具有可修改小輸入范圍的 ADC 類似，具有大約 80mV 的滿量程輸入范圍，能夠直接在電流檢測電阻器兩端進行測量。INA226 能夠通過 2.5μV 的 LSB 步長和 10μV 的最大輸入失調電壓準確測出小電流變化。0.1μV/°C 溫漂可確保較高的測量精度，在高達 125°C 的溫度下，僅額外產生 12.5μV 的偏移量。憑借 0.1% 的最大增益誤差，還能在滿量程信號電平下保持較高的測量精度。

INA226 不但能夠準確測量小分流電壓，該元件還具有可用于電流檢測應用的附加功能。該器件有一個內部寄存器，用戶可以使用 PCB 上電流檢測電阻器的特定阻值對其進行編程。通過該電流檢測電阻器的阻值，INA226 可以在每次轉換時直接將測量的分流電壓轉換為相應的電流值，并將其存儲到附加的輸出寄存器中。INA226 還有一個內部多路復用器，因此可以從差分輸入測量切換到單端電壓配置，從而直接測量共模電壓。利用電壓測量以及之前測量的分流電壓和相應的電流計算，器件能夠計算功率。器件存儲該功率計算結果，并通過雙線串行總線向處理器提供該值以及分流電壓、電流和共模電壓信息。

除了片上電流和功率計算之外，INA226 還具有一個可編程警報寄存器，因此可比較每個轉換值與定義的限值，從而確定是否發生了超出范圍的情況。用戶可以對該警報監視器進行配置，用以測量超出范圍的情況（如過流、過壓或過功率）。該器件還具有可編程信號取平均值功能，以進一步提高測量精度。

INA226 經過優化，支持精密電流測量。該器件包含的其他功能支持該電流測量功能中所需的信號管理和監測，從而減輕系統處理器的負擔。

備選器件建議

對于性能要求較低的應用，使用 INA234 仍可以利用專用電流檢測模數轉換器的優點。對于測量的電流低于 15A 的附加精密測量功能，INA260 可提供與 INA226 類似的功能，同時還在封裝中采用了 2mΩ 集成電流檢測精密電阻器。對于需要超高共模電壓的應用，AMC1305 提供板載隔離，并且能夠支持高達 1.5kV 直流的工作電壓以及處理高達 7kV 的峰值瞬態。對于具有較低 AFE 性能要求的應用，使用 INA210 可利用專用電流檢測放大器的優點。