在不同的系統(tǒng)中，用來(lái)測(cè)量電流的信號(hào)鏈路徑通常都是一致的。無(wú)論是在計(jì)算機(jī)、汽車還是電機(jī)中測(cè)量電流，幾乎在所有設(shè)備中都可以找到常用的功能塊。

連接現(xiàn)實(shí)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(hào)轉(zhuǎn)換為更易于測(cè)量的比例值（電壓或電流）。使用磁場(chǎng)感應(yīng)來(lái)檢測(cè)電流效應(yīng)的傳感器有多種。這些傳感器對(duì)于檢測(cè)很大的電流或在需要進(jìn)行隔離式測(cè)量時(shí)非常有效。測(cè)量電流時(shí)最常用的傳感器是電流檢測(cè)或分流電阻器。將測(cè)量電流的電阻器串聯(lián)，即可在電流流過(guò)電阻器時(shí)產(chǎn)生成比例的差分電壓。

信號(hào)路徑中其余功能塊的選擇則是基于系統(tǒng)將會(huì)如何使用該測(cè)量電流信息。這類常用且可在大多數(shù)應(yīng)用中找到的功能塊有多個(gè)，如圖 1-1 所示。這些功能塊包括用于放大來(lái)自傳感器的微弱信號(hào)的模擬前端 (AFE)、用于將來(lái)自傳感器的放大信號(hào)數(shù)字化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，以及對(duì)傳感器信息進(jìn)行分析以便系統(tǒng)對(duì)所測(cè)量的電流電平進(jìn)行相應(yīng)響應(yīng)的處理器。

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

下一個(gè)信號(hào)鏈功能塊是 ADC，它用于將放大的傳感器信號(hào)數(shù)字化。該器件可能需要額外的外部元件（基準(zhǔn)、振蕩器）以實(shí)現(xiàn)更精確的測(cè)量功能。與 AFE 類似，ADC 功能塊也具有各種選項(xiàng)。您可以選擇獨(dú)立轉(zhuǎn)換器搭配板載基準(zhǔn)和振蕩器的實(shí)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(yōu)勢(shì)和限制。對(duì)于集成到處理器中的 ADC 而言，一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)是板上的元件更少。板載 ADC 通道具有現(xiàn)成的指令集，相比獨(dú)立的 ADC，它對(duì)于額外寫入支持軟件的要求進(jìn)一步降低。不過(guò)，數(shù)字控制器的器件工藝節(jié)點(diǎn)針對(duì)精密模擬的優(yōu)化程度通常較低，這限制了板載轉(zhuǎn)換器的性能。分立式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是，允許根據(jù)優(yōu)化的性能屬性（如分辨率、噪聲或轉(zhuǎn)換速度）選擇器件。

該信號(hào)鏈有一種變體，即使用 ADC 直接在電流檢測(cè)電阻器上進(jìn)行測(cè)量，從而完全無(wú)需電流檢測(cè)放大器。標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換器將會(huì)在取代 AFE 并直接測(cè)量分流電壓方面面臨挑戰(zhàn)。其中一個(gè)挑戰(zhàn)便是 ADC 的高滿標(biāo)量程。在不對(duì)檢測(cè)電阻器的壓降進(jìn)行放大的情況下，將無(wú)法充分利用 ADC 的滿量程，或者需要電阻器上產(chǎn)生較大的壓降。較大的壓降將導(dǎo)致檢測(cè)電阻器上產(chǎn)生較大的功率耗散。有些 ADC 具有經(jīng)修改的輸入范圍，旨在直接測(cè)量較微弱的信號(hào)，從而直接測(cè)量分流電壓。這類器件中通常集成了內(nèi)部可編程增益放大器 (PGA)，以利用 ADC 的滿標(biāo)量程。

這些微弱信號(hào)轉(zhuǎn)換器的一個(gè)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(cè)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可解決該共模限制問(wèn)題。該器件具有 16 位 Δ-Σ 內(nèi)核，可監(jiān)測(cè)高達(dá) 36V 的共模電壓軌上的小差分分流電壓，同時(shí)由范圍為 2.7V 至 5.5V 的電源電壓進(jìn)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(cè)電阻器兩端進(jìn)行測(cè)量。INA226 能夠通過(guò) 2.5μV 的 LSB 步長(zhǎng)和 10μV 的最大輸入失調(diào)電壓準(zhǔn)確測(cè)出小電流變化。0.1μV/°C 溫漂可確保較高的測(cè)量精度，在高達(dá) 125°C 的溫度下，僅額外產(chǎn)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(hào)電平下保持較高的測(cè)量精度。

INA226 不但能夠準(zhǔn)確測(cè)量小分流電壓，該元件還具有可用于電流檢測(cè)應(yīng)用的附加功能。該器件有一個(gè)內(nèi)部寄存器，用戶可以使用 PCB 上電流檢測(cè)電阻器的特定阻值對(duì)其進(jìn)行編程。通過(guò)該電流檢測(cè)電阻器的阻值，INA226 可以在每次轉(zhuǎn)換時(shí)直接將測(cè)量的分流電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流值，并將其存儲(chǔ)到附加的輸出寄存器中。INA226 還有一個(gè)內(nèi)部多路復(fù)用器，因此可以從差分輸入測(cè)量切換到單端電壓配置，從而直接測(cè)量共模電壓。利用電壓測(cè)量以及之前測(cè)量的分流電壓和相應(yīng)的電流計(jì)算，器件能夠計(jì)算功率。器件存儲(chǔ)該功率計(jì)算結(jié)果，并通過(guò)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(jì)算之外，INA226 還具有一個(gè)可編程警報(bào)寄存器，因此可比較每個(gè)轉(zhuǎn)換值與定義的限值，從而確定是否發(fā)生了超出范圍的情況。用戶可以對(duì)該警報(bào)監(jiān)視器進(jìn)行配置，用以測(cè)量超出范圍的情況（如過(guò)流、過(guò)壓或過(guò)功率）。該器件還具有可編程信號(hào)取平均值功能，以進(jìn)一步提高測(cè)量精度。

INA226 經(jīng)過(guò)優(yōu)化，支持精密電流測(cè)量。該器件包含的其他功能支持該電流測(cè)量功能中所需的信號(hào)管理和監(jiān)測(cè)，從而減輕系統(tǒng)處理器的負(fù)擔(dān)。

備選器件建議

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