亞毫歐電阻器帶來電流檢測優(yōu)勢

用于測量負(fù)載電流的標(biāo)準(zhǔn)方法之一是在負(fù)載線中插入一個(gè)低值電阻器并感測其兩端的電壓，圖 1，然后是歐姆定律的模擬或數(shù)字實(shí)現(xiàn)。

用于測量負(fù)載電流的標(biāo)準(zhǔn)方法之一是在負(fù)載線中插入一個(gè)低值電阻器并感測其兩端的電壓，圖 1，然后是歐姆定律的模擬或數(shù)字實(shí)現(xiàn)。

圖 1 (a) 電流檢測電阻器可以放置在電源軌和負(fù)載之間（高側(cè)），或 (b) 負(fù)載和地之間（低側(cè)）；高端檢測更難實(shí)施，但在許多情況下具有顯著的系統(tǒng)優(yōu)勢。資料：Analog Devices

與許多工程決策一樣，選擇使用什么電阻值是一種權(quán)衡。較高值的電阻器會(huì)在其端子上產(chǎn)生較高的 IR 壓降和電壓，從而簡化電壓感測并提高 SNR。但是，它會(huì)降低可能流向負(fù)載的功率，并且這種耗散還會(huì)導(dǎo)致電阻器自熱，從而帶來漂移和可靠性問題。

相比之下，較低值的電阻器可限度地減少這種下降，但會(huì)帶來精度和 SNR 問題。由于輸入電壓偏移和偏置電流，以及它們隨后的與溫度相關(guān)的漂移——所有這會(huì)破壞超出允許公差的感測值。

一般來說，使用較小值的電阻器，其相關(guān)電壓降和功率損耗較低，總體上更好，但僅在一定程度上。一個(gè)起點(diǎn)指南是確定電阻器的大小，使其在電流時(shí)壓降大約為 100 mV。對于許多應(yīng)用，快速計(jì)算 V = IR 可將電流檢測電阻值置于 1 到 10 毫歐之間。然而，在低壓應(yīng)用中，即使是適度的 100 mV 壓降和相關(guān)耗散，也可能超出可接受范圍。

近年來，用于讀取檢測電阻兩端電壓的精密低壓運(yùn)算放大器的可用性使得亞毫歐電流檢測電阻的使用成為可能。這些運(yùn)算放大器（例如 Texas Instruments TI INA185和 Analog Devices AD8417）具有超低電壓偏移和偏置電流以及低溫度系數(shù) (tempcos)，因此使用此類低歐姆電阻器非常實(shí)用。

然而，與幾乎所有的進(jìn)步一樣，有一系列新的考慮和擔(dān)憂。我看到了 TT Electronics 的業(yè)務(wù)開發(fā)工程師 Stephen Oxley 撰寫的一篇出色的應(yīng)用說明。他討論了如何克服使用這些低歐姆值電流檢測電阻器時(shí)固有的挑戰(zhàn)。

在他相對適度的長度和高度可讀性的文章“克服使用亞毫歐 SMD 的挑戰(zhàn)”中，他解釋了使用這些電阻器與甚至毫歐級電阻器不同的許多方式，以及它們?nèi)绾尾磺‘?dāng)?shù)貞?yīng)用以使其精度，一致性，甚至可信度都會(huì)受到損害。

該應(yīng)用筆記提供了在使用亞毫歐感測電阻器時(shí)需要注意的三個(gè)方面：

如何以及為什么將這些亞毫歐芯片視為一類單獨(dú)的組件，而不僅僅是毫歐版本的低價(jià)值版本。
如何避免元器件選擇和 PCB 布局設(shè)計(jì)中的陷阱。
在每個(gè)階段量化和化錯(cuò)誤和變化的方法。

在眾多細(xì)節(jié)中，有與幾乎強(qiáng)制使用四線開爾文連接相關(guān)的問題，以及在何處以及如何進(jìn)行這些連接的細(xì)微差異如何影響性能；預(yù)測和適應(yīng)由不同金屬連接處的熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電壓差；整個(gè)傳感組件的電流路徑和電壓傳感回路；并聯(lián)使用多個(gè)電阻器以降低凈電阻或提高額定功率的不同方法（圖 3）；當(dāng)然，還有不可避免的散熱問題。簡而言之：當(dāng)您的檢測電阻器本身為亞毫歐姆時(shí)，電阻器到電路的路徑和接觸電阻將成為故事的重要組成部分。

圖 3即使是并聯(lián)使用兩個(gè)電阻器的簡單原理也會(huì)在使用超低值電阻器時(shí)帶來關(guān)于電流路徑的微妙布局考慮。資料：TT Electronics

我不會(huì)詳細(xì)總結(jié)這篇文章；您閱讀它更有意義。請注意，這篇文章幾乎完全是關(guān)于電阻器、材料、端接和電流路徑，幾乎沒有提到相關(guān)的電子設(shè)備——這是您必須計(jì)算誤差預(yù)算的另一個(gè)地方。

再，乍一看是一個(gè)簡單而有益的選擇，實(shí)際上充滿了許多微妙之處，以及錯(cuò)誤應(yīng)用新組件的方法，從而抵消了它可能提供的任何好處。畢竟，還有什么比檢測電阻器和歐姆定律更基本的呢？

更糟糕的是，您實(shí)際上可能會(huì)得到較差的結(jié)果而自己卻不知道，并假設(shè)您的讀數(shù)準(zhǔn)確且一致，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)信號和數(shù)據(jù)具有誤導(dǎo)性。它再次證明了一個(gè)事實(shí)，即任何說“這是一個(gè)簡單的轉(zhuǎn)換”或“這一切都很好”的人要么是經(jīng)驗(yàn)豐富的資深工程師，要么是知識范圍的另一端。

您是否曾經(jīng)將新的設(shè)計(jì)或組件選項(xiàng)視為一種改進(jìn)的、有益的替代方案，后來才發(fā)現(xiàn)它也有令人驚訝的缺點(diǎn)？這些負(fù)面因素是您可以預(yù)料到的，并且可以通過做更多的功課來更好地評估，還是它們被深埋，有意或只是由于情況的復(fù)雜性？