集成电流检测信号途径 在电子体系中，电流丈量可供给反应，以验证操作是否处于可接受的规模内并检测任何潜在的毛病状况。
剖析体系的电流电平可以确诊意外的运转形式，然后 完成可以进步可靠性或维护体系组件免受损坏的调整。 电流是一种难以直接丈量的信号。
不过，可以选用多种丈量办法来丈量电流的效应。流经导线的电流会发生磁场，可以通过磁传感器（例如霍尔效应 传感器和磁通门传感器）检测到（例如）。当电流通过期，还可以通过丈量电阻器上发生的电压来丈量电流。这种类型的电阻器称为电流检测电阻器或分流电阻器。 关于低于 100V 的电压轨上最高 100A 的电流，一般首选 分流电阻器进行丈量。与磁处理方案比较，分流电阻器测 量办法物理尺度更小、精度更高而且具有温度安稳性。 要评价和剖析体系的电流信息，有必要将丈量成果数字化并将其发送到体系控制器。用于丈量并转化在分流电阻上发生的信号的办法有多种。最常见的办法是选用模仿前端将电流检测电阻器的差分信号转化为单端信号。然后将该单端信号衔接到一个模数转化器 （ADC），该ADC衔接到一个微控制器。图 1 说明晰一个电流检测信号链。
要优化电流检测信号链，有必要针对ADC的电流规模和满 量程输入规模挑选恰当的分流电阻器值和扩展器产品增益。选 择分流电阻器时，需求依据丈量精度与分流电阻器功率耗 散之间的折衷进行考虑。电阻器值越大，电流流过期发生的差分电压就越大。因为扩展器产品偏移电压固定不变，因而 丈量差错会比较小。但是，分流电阻上的信号越大，其功耗 （P = I2R） 就越大。分流电阻器越小，分流电阻器上发生的压降就越小，然后下降功率耗散要求，但因为扩展器产品的固定偏移差错在信号中所占的百分比变大，因而也会增大丈量差错。
通过挑选支撑所需扩展器产品增益的相应器材，可保证扩展器的输出信号在满量程输入电流电平下不会超越 ADC 的满量程输入规模。
INA210是一款专用电流检测扩展器，其间集成了外部增益设置电阻器，如图 2 所示。与典型的外部增益设置电阻器 比较，将这些增益电阻器内置到器材中可以进步匹配度和温度漂移安稳性。器材选用节约空间的无引线四方扁平 （Q FN） 封装，可显着下降运算扩展器和外部增益电阻器的布板空间的要求。电流检测扩展器一般具有多种固定增益水平，因而可依据输入电流和ADC满量程输入规模更好地优化与分流电阻器值的配对。
图1显现了运算扩展器丈量分流电阻器上发生的差分电压并将扩展的信号发送到单端 ADC 的景象。 全差分输入ADC可以直接监测分流电阻两头的差分电压。运用典型ADC的一个缺陷是会减小输入规模。分流电阻器上发生的信号会很小，然后下降了该组件的功率耗散要求。 较低的ADC分辨率也会影响小信号的丈量精度。
ADC 基准是该信号途径中您有必要评价的另一个差错源。 典型ADC的输入规模依据转化器的基准电压。实践基准 电压规模因器材而异，但一般处于2V至5V规模内。 最低有用位 （LSB） 依据转化器的满量程规模和分辨率。 例如，满量程输入规模为 2.5V 的 16 位转化用具有约 38μV 的 LSB。
The INA226 是一款专为双向电流检测扩展器规划的专用ADC。 与典型 ADC 不同，这款 16 位转化用具有 ±80mV 的满量程输入规模，无需扩展输入信号以最大限 度地扩展 ADC 的满量程输入规模。INA226 可以依据器材的最大输入失调电压 （10μV） 和 LSB 巨细 （2.5μV） 来准确丈量小分流电压。INA226 的分辨率是具有 2.5V 满量程输入规模的等效规范 16 位 ADC 的 15 倍。INA226 可以直接监测电流 检测电阻器上的压降，如图 3 所示。
除了可以直接丈量电流流过期分流电阻器上发生的电压，INA226 还可以丈量共模电压。INA226 具有一个 输入多路复用器，使 ADC 输入电路可以在差分分流 电压丈量和单端总线电压丈量之间进行切换。 您可以将体系中存在的电流检测电阻器值编程到 INA226 的装备寄存器中。依据该电流检测电阻器值和丈量的分流电压，片上核算将分流电压从头转化成电流，而且可以直接读出体系的相应功率水平。在片上履行这些核算可削减转化该信息 一般需求的处理器资源。
备选器材主张
关于具有更高功用要求的运用，INA190可供给更小的输入失调电压以及更佳的漂移和增益差错功用。 关于功用要求较低的运用，INA199 依然具有专用电流检测扩展器的优势。 关于完成过流检测的运用，INA301 选用了集成比较器， 可完成用时短至 1μs 的片上过流检测。 关于功用要求较低的运用，INA219使您可以运用专用的电流检测ADC。
集成电流检测电阻器
电流是评价和确诊电子体系运转效能最为常用的信号之 一。因为直接丈量该信号十分具有应战性，因而转而运用各类传感器来丈量因为电流流经整个体系而发生的相应效应。
电阻是检测体系中流经的电流最为常用的感测元件。将电阻器（称为分流器）与电流途径串联之后，当电流流经该电阻器时，会在该电阻器上发生差分电压。 用于监测电流信号的一种常见信号链装备包括模仿前 端 （AFE）、 模数转化器 （ADC） 和体系控制器，如图 1 所示。AFE （例如运算扩展器或专用电流检测扩展器）将分流电阻 器上发生的小差分电压转化为较大的输出电压，由 ADC 将该输出电压数字化，然后将相关信息发送至控制器。 体系控制器运用该电流信息来优化体系的运转功用，或 在发生超出规模的状况时通过削减功用来防止发生有害工况。
恰当的电阻值挑选关于优化信号链途径至关重要。电阻值以及分流电阻两头对应发生的电压会导致体系发 生功率损耗。为约束功率损耗，最好将分流电阻降至最低。
电阻器值与发生的信号成正比，并发送到电流检测扩展器。 扩展用具有与其相关的固定固有差错（例如输入失调电压），可影响丈量精度。这些内部差错关于整体丈量精 度的影响跟着输入信号的增大而下降。当输入信号下降时，相应的丈量差错随之增大。信号电平缓可接受的测 量精度之间的这种联系一般为电流检测电阻器挑选供给较低的约束。全新依据运用针对该组件的可接受功率损耗来约束电流检测电阻器的上限值。
运用电阻器进行电流丈量的一个长处是可以运用准确的元件， 然后供给高精度且温度安稳的丈量。精细电流检测扩展 器的丈量功用针对衔接极小信号进行了优化，以满意运用低值电阻器和低功率损耗要求。当电阻器的欧姆值下降至 10 毫欧以下时，电阻器会有两种趋势。 这部分电阻器的一种趋势是封装可用性和电阻器值都会下降。
另一种趋势是运用精细低温度系数组件的本钱添加。假如运用温度系数较低的低欧姆值电流检测电阻器，一起 统筹精度容差水平（约 0.1%），那么处理方案的本钱在未计入精细扩展器相关本钱的状况下便高达数美元。 INA250（如图 2 中所示）或 INA253 等组件有助于减 少为需求准确且温度安稳丈量的运用挑选这些精度更高、本钱更高的电阻器所面对的应战。该器材将精细、 零漂移电压输出电流检测扩展器与 2mΩ 集成电流检测电阻器相结合，可以在该器材 -40°C 至 +125°C 的 完好作业温度规模内完成 0.1% 的最大容差和 15ppm /°C 的温度漂移。该器材可以接受高达 15A 的流经板 载电阻器的接连电流。
除了该器材内部的集成精细电阻器之外，INA250 和 IN A253 还处理了完成电流检测处理方案过程中最为常见的问题之一。低欧姆值分流电阻器可下降电流检测功率 耗散。习惯这种低电阻值所面对的一项应战是寄生电阻对印刷电路板 （PCB） 的潜在影响。在电流流经电阻发生分压电压的一起，与分流电阻串联的寄生电 阻会引发附加丈量差错。糟糕的布局技能是这些丈量差错的最常见来历。
需求运用开尔文衔接（也称四端子衔接或强制检测）来保证最大极限地下降额定发生的电阻，然后改变在扩展 器的输入引脚之间发生的差分电压。可以选用 PCB 布 局技能来下降寄生电阻影响；不过，假如选用 INA250 或 INA253，就无需为此忧虑。
如前所述，典型的电流检测信号链途径包括电流检测 电阻器、模仿前端、ADC 和体系控制器。INA250 将分流电阻器和电流检测扩展器组合 时域。INA260 将电流检测电阻器、丈量前端和 ADC组合到一个器材中。
将精细低漂移电流检测与这些精细电流检测器材配对使 用，可完成选用分立式扩展器和电阻器组合难以完成的 丈量处理方案。少量电流检测电阻器目录产品可以完成精细且温度安稳的丈量，但以与薄型小外形尺度封装 （TSSOP）-16 集成处理方案适当的处理方案尺度完成该精度水平是不或许的。
图 3 显现 INA260 选用相同的精细集成检测电阻 器，调配运用针对电流检测运用进行了优化的 16 位精细 ADC。 这种组合可完成 优于 INA250 的丈量功用，在整个温度规模内的最大丈量增益差错为 0.5%，最大输入失调电流为 5mA。
备选器材主张
关于电流要求比集成处理方案支撑的电流更低且功用更低的运用，请运用 INA210 独立电流检测扩展器。 关于需求独立数字电源监控器的运用，请运用 INA226。 关于完成过流检测的运用，INA301 选用了集成比较器， 可完成时间短至 1μs 的片上过流检测。
集成式电流检测模数转化器
在不同的体系中，用来丈量电流的信号链途径一般都是共同的。无论是在核算机、轿车仍是电机中丈量电流， 简直一切设备都具有相同的功用块。衔接光、温度（或本例中的电流）等实际国际元素需求运用传感器，以便将信号转化为更易于丈量的份额值（电压或电流）。
多种传感器都运用磁场感应来检测电流效应。这些传感器关于检测很大的电流或在需求进行阻隔式丈量时十分有用。 丈量电流时最常用的传感器是电流检测或分流电阻器。 将该组件与被丈量的电流串联放置后， 会在电流通过电阻器时发生成份额的差分电压。
信号途径中其他块的挑选依据体系将怎么运用该丈量电流信息。关于大多数运用而言，有多个块是相同的，如 图 1 所示。这些块包括用于扩展传感器小信号的模仿前端 （AFE）、用于数字化处理传感器扩展信号的模数转 换器 （ADC） 以及用于剖析传感器信息的处理器，以便体系可以相应 地呼应丈量的电流水平。
对AFE的一项要求是答应直接衔接到在检测电阻器上构成的差分信号。AFE 的单端输出 可简化衔接到后续 ADC 的接口。差分扩展器装备中的运算扩展器一般就是用于满意该功用要求。专用电流检测扩展器（例如 INA210）选用了集成增益设置组件， 专为该类型的运用而规划。INA210 可以准确丈量很小的信号，然后下降对检测电阻器的功率耗散要求。
下一个信号链块是ADC，它用于将扩展的传感器信号数字化。该器材或许需求额定的外部组件（基准、振 荡器）以完成更准确的丈量功用。与AFE相似，ADC块也具有各种选项。您可以挑选独立转化器调配板载基准和振荡器的施行方法，也可以挑选选用板载 ADC 通道的处理器。
集成式和分立式ADC块各有优势和约束。因为ADC集成到处理器中，因而一项显着的优势是组件更少。板载ADC通道的现有指令集进一步下降了对用于支撑独立 ADC的额定软件的要求。不过，数字控制器的硅工艺节点一般针对精细模仿的优化程度较低，这约束了板载转化器的功用。分立式模数转化器的一项优势就是，答应依据优化的功用特点（如分辨率、噪声或转化速度） 来挑选器材。
该信号链有一种变体，即运用 ADC 直接在电流检测电阻器上进行丈量，然后彻底无需电流检测扩展器。规范转化器将会在替代AFE并直接丈量分流电压方面面对应战。其间一个应战就是 ADC 的大型满标量程。
假如不对检测电阻器的压降进行扩展，则无法充分运用ADC的满量程，或许需求在电阻器上发生较大的压降。较大的压降将导致检测电阻器上发生较大的功率耗散。有些ADC具有经修正的输入规模，旨在直接丈量较小的信号，然后可以直接丈量分流电压。这些器材中一般集成了内部可编程增益扩展器 （PGA），以运用 ADC 的满量程。
这些小信号转化器的一个约束是它们的共模输入电压规模有限。这些ADC的输入电压规模遭到其电源电压（一般为 3V 至 5.5V）的约束，详细取决于所支撑的中心处理器电压。INA226（如图 2 所示）是特定于电流检测的 ADC，可处理该共模约束问题。该器材具有 16 位 Δ-Σ 内核，可监测高达 36V 的共模电压轨上的小差分分流电压，一起由规模为 2.7V 至 5.5V 的电源电压进行供电。
INA226 与 ADC 相似（具有经修正的小输入规模）， 具有大约 80mV 的满量程输入规模，使器材可以直接 在电流检测电阻器上进行丈量。INA226 可以通过 2.5 μV 的最低有用位 （LSB） 步长和 10μV 的最大输入失调电压十分准确地解析小电流改变。0.1μV/°C 的失调漂移可保证较高的丈量精度，在高达 125°C 的温度下，仅额定发生12.5μV 的失调。凭仗 0.1% 的最大增益差错，还能在满量程信 号水平坚持较高的丈量精度。
虽然 INA226 可以准确丈量小分流电压，但该器材还具有可用于电流检测运用的附加功用。该器材具有一个内部寄存器，用户可以运用印刷电路板 （PCB） 上的电流检测电阻器的特定值对其进行编程。通过获悉电流检测电阻器值，INA226 可以在每次转化时直接将丈量的分流电压转化为相应的电流值，并将其存储到附加的输出寄存器中。
INA226 还具有一个内部多路复用器：该器材可以从差分输入丈量切换到单端电压装备，然后可以直接丈量共模电压。运用电压丈量以及之前丈量的分流电压和相应的电流核算成果，该器材可以核算功率。该器材存储此功率核算成果，并通过双线串行总线向处理器供给该值以 及分流电压、电流和共模电压信息。
除了片上电流和功率核算之外，INA226 还具有一个可编程警报寄存器，该寄存器可以将每个转化值与界说的限 值进行比较，以确认是否发生了超出规模的状况。 可以对该警报监视器进行装备，以丈量超出规模的状况（如过流、过压或过功率）。
该器材还具有可编程信号取平均值功用，以进一步进步丈量精度。INA226 通过优化，支撑精细电流丈量。器材中包括的其他功用可以支撑必需的信号办理和监测，并减轻体系处理器的担负。
备选器材主张
关于功用要求较低的运用，INA230 仍可以运用专用电 流检测模数转化器的长处。 关于丈量的电流低于 15A 的附加精细丈量功用，INA260 可供给与 INA226 相似的功用，一起还在封装中选用了精细 2mΩ 集成电流检测电阻器。
关于需求高得多的共模电压功用的运用，AMC1305 可提 供 板载阻隔，可以支撑高达 1.5kV 的直流作业电压并处理 高达 7kV 的峰值瞬态。关于 AFE 功用要求较低的运用，INA210 仍可以运用专用电流检测扩展器的长处。
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