作者：Maxim公司 Maurizio Gavardoni
将模拟乘法器和高边电流检测放大器相结合，能够在笔记本电脑或其他便携仪器中完成电池充、放电电流的丈量。本文评论将ADC的基准电压加到模拟乘法器的一个输入端，以进步电流丈量精度的办法。
对可靠性和准确性要求十分高的运用中许多运用了高边电流检测放大器。笔记本电脑中，它被用来监测电池的充、放电电流，也能够用来监测USB口和其他电压的电流。为了操控体系发热和电源损耗，要求下降这些电压的输出功率。在便携式消费类产品中，高边电流检测放大器用来监测锂电池的充、放电电流。轿车运用中，这样的放大器不只能够监测电池电流，也能够用来进行电机操控和GPS天线检测。在通讯基站中，这样的放大器也被用来监测功率放大器的电流。
许多运用中，高边电流检测放大器能够直接与ADC相连。有一些ADC由外部基准电压决议满量程输入规模，它们的输出精度在很大程度上取决于基准电压的精度。本文介绍了在大都运用中，怎么运用一个集成了高边电流检测放大器的模拟乘法器来检测电池的充、放电电流。本规划方案通过把ADC的基准电压加到模拟乘法器的输入端，有用进步了检测精度。
高边与低边电流检测技能
高边、低边电流检测是两种通用的电流丈量办法。高边检测是在电源（如电池）和负载之间放一个检流电阻；低边检测是在接地回路上串联一个检流电阻，这种办法与高边检测比较有2个缺陷：榜首，假如负载发生意外短路，低边电流检测放大器将被旁路，不能检测短路状况；第二，由于在接地回路中引入了所不希望的阻抗，从而把地平面分割开。
图1 高边电流检测（MAX4211）
高边电流检测也有一个缺陷：电流检测放大器必需支撑高共模电压输入，起伏取决于详细的电压源。高边检测首要用于电流检测放大器，而低边检测可选用简略的运算放大器，只需这个放大器能够处理以地为参阅的共模输入即可。
运用高边检放逐大器丈量功率
图1阐明晰怎么运用集成了模拟乘法器的高边电流检测放大器丈量供应负载的功率（界说为负载电流与电压的乘积）。高边电流检测供给与负载电流成份额的电压输出，该输出电压加到模拟乘法器，而模拟乘法器的另一个输入为负载电压。由此，乘法器输出一个与负载功率成正比的电压。
这儿的模拟乘法器不只仅供给功率丈量，还可供给其他用处。假如其外部输入没有衔接到负载电压，也能够把它衔接到ADC的基准电压。这种情况下，乘法器将不再丈量功率，而是把电流检测放大器的输出电压与ADC的基准电压相关联。
图2阐明晰这种用法，高边电流检测放大器丈量电池的充电电流。电压输出（POUT）加到输入规模为0V～VREF的16位ADC。这儿，外部稳压源供给VREF，电压规模：1.2～3.8V（该例中为 3.8V）。乘法器的输入规模是0～1V，能够把3.8V基准电压通过R1/R2分压完成。假定R2=1kΩ，R1=2.8kΩ，则VREF=1V。MAX4211的增益为25，则电压丈量规模为：0～150mV，输出电压（对POUT和IOUT）规模为0～3.75V（与流入负载的电流成正比）。
运用电流检测放大器的POUT作为输出，而不是IOUT，其长处是：加到ADC的信号（正比于负载电流）能够通过VREF降下来。用POUT作为输出，下降了对基准电压精度的要求，由于ADC的数字输出取决于输入电压与基准电压（代表满量程值）的比。由于POUT是基准电压VREF的函数，“VREF”比消除了基准对ADC丈量精度的影响，理论上与基准电压及其精度无关。可是，假如把IOUT接ADC，基准上的任何差错都将影响到输出。
式(1）和式(2）别离给出了POUT和IOUT与ADC输入/满量程规模的比值，由此解说了上述定论。
POUT/VREF=ILOAD×RSENSE×25×VREF×R2/(R1+R2)/VREF=ILOAD×RSENSE×25×R2/(R1+R2) 式(1)
IOUT/VREF=ILOAD×RSENSE×25/VREF 式(2)
从式(1)能够看出，由POUT输出，ADC精度将与VREF精度无关；而从IOUT输出，将发生一个与VREF成反比的差错。
图2 运用检放逐大器(MAX4211)和带外部基准的ADC丈量电池充电电流
图2的全体精度取决于许多要素：电阻精度、放大器增益差错、电压失调、偏置电流、基准电压的精度、ADC差错以及上述参数的温漂。别的，图2给出了进步体系精度的解决方案，从中能够看出运用模拟乘法器和检放逐大器能够消除差错源之一（基准电压差错）。VREF的精度至少与以下三个要素有关：初始差错（标称值的百分比）、VREF随负载的改动、VREF随温度的改动。
图3 对图2电路进行测验，POUT/IOUT与VREF的联系曲线，VSENSE为125mV
图3描绘了上述第2个差错源。跟着VREF负载的进步，VREF输出从3.8V降到1.2V。POUT将跟着VREF改动，改动规则与之相同。图4～图6给出了VCC = 5V、VSENSE坚持固定100mV时，VREF和MAX4211输出随温度的改动。图2电路的工作温度从-40℃改动到+85℃，以 20℃为级差(-20℃、0℃、+25℃、+45℃和+65℃)，图4曲线显现了VREF随温度改动的成果。图5给出了图2电路中IOUT、IOUT/VREF随温度的改动曲线，假如用IOUT输出驱动ADC，IOUT/VREF与ADC的输入信号/满量程信号之比成正比。
IOUT/VREF之比随温度的改动与图4为基准（VREF）受温度的影响而发生改动。
图4 图2电路中，VREF随温度的改动曲线
图5 图2电路，IOUT、IOUT/VREF随温度的改动曲线，VSENSE为100mV
图6 图2电路，POUT、POUT/VREF随温度的改动曲线，VSENSE为100mV
最终，图6给出了POUT、POUT/VREF随温度的改动曲线。从图6能够看出：POUT/VREF与VREF随温度的改动（见图4）无关。VREF在0℃和+45℃之间向下曲折通过POUT输出后进行了补偿。由于VREF没有出现在POUT/VREF曲线，相应地，ADC的输出也不会受VREF随温度改动的影响。
定论
集成了模拟乘法器的高边电流检测放大器一般用来丈量负载功率。不过，这种集成乘法器也能够供给另一种功用。电流检测放大器能够衔接内置或外置基准的ADC。两种情况下，全体丈量精度首要与基准电压的精度有关。假如把负载电流与基准电压VREF相乘后输出到ADC，将能够消除基准电压的差错。选用这种规划，即使是运用低成本、低精度的基准电压，也能够进步负载电流的丈量精度。
