利用直流誤差計(jì)算器簡化檢流放大器的優(yōu)化

概述

集成檢流放大器經(jīng)常用來測量電路中的電流，通過放大串聯(lián)在電流通路的采樣電阻壓降實(shí)現(xiàn)重要的系統(tǒng)功能，例如過流保護(hù)、設(shè)備監(jiān)測、可編程電流源、線性電源和開關(guān)電源、電池充電器和電量檢測等。由于所要求的電流檢測規(guī)格、實(shí)施方案與應(yīng)用本身一樣多樣化，分析電流檢測放大器(CSA)的誤差預(yù)算是每次設(shè)計(jì)的一項(xiàng)基本工作。毋庸置疑，當(dāng)為一個應(yīng)用選擇合適的器件時(shí)，對電流檢測放大器的誤差規(guī)格和它們間的相互影響的透徹理解非常重要，有助于降低重復(fù)設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)。

本文討論了電流檢測放大器的誤差源，介紹了一種估計(jì)總誤差預(yù)算的方法，以及如何使用Maxim設(shè)計(jì)的計(jì)算軟件。軟件采用簡單的網(wǎng)頁圖形用戶界面，計(jì)算所選Maxim CSA的總體直流誤差。并通過一個應(yīng)用案例幫助讀者熟悉計(jì)算軟件的基本操作。設(shè)計(jì)提示和消息標(biāo)志也會提醒您操作過程中不符合檢流規(guī)格的任何狀況。

檢流放大器的誤差源

電流檢測放大器中有幾種普遍存在的直流誤差源，下面對每種誤差源進(jìn)行簡要分析。

輸入失調(diào)電壓

類似于運(yùn)算放大器，電流檢測放大器的輸入偏置電壓(VOS)定義為將輸出電壓驅(qū)動到零時(shí)，作用在檢流放大器兩個輸入端的電壓。

通常不直接測量失調(diào)誤差，因?yàn)閱坞娫垂╇姇r(shí)，CSA輸出電壓不會達(dá)到輸出電壓下限(VOL)以下。因此，VOS被更準(zhǔn)確地當(dāng)作輸出電壓VOUT與采樣電壓VSENSE間傳輸特性曲線的線性部分反向延長線與VSENSE軸的交點(diǎn)，如圖1所示。

圖1. 輸出電壓與采樣電壓的對應(yīng)關(guān)系確定失調(diào)電壓。

如果VOUT1是VSENSE = VSENSE1時(shí)測得的輸出電壓，VOUT2是VSENSE = VSENSE2時(shí)測得的輸出電壓，那么VOS可由下面的公式計(jì)算：

(Eq.1)

CSA輸入失調(diào)電壓產(chǎn)生的輸出失調(diào)誤差如下：

ERRORVOS = G × VOS (Eq.2)

這里G為所要求的放大器增益。

減小失調(diào)電壓誤差的方法是選擇一個阻值較大的檢流電阻，大阻值產(chǎn)生較高的采樣電壓，相應(yīng)減小誤差預(yù)算中的失調(diào)誤差成份。需要注意的是，選擇外部RSENSE時(shí)需要在可接受的壓降、電阻功耗和CSA失調(diào)誤差之間進(jìn)行平衡。對于精密的電流檢測應(yīng)用，不會采用大阻值檢流電阻，應(yīng)選擇高精度CSA。

增益誤差

增益誤差定義為CSA的實(shí)際差分增益與理想差分增益的偏差比，理想增益由內(nèi)部固定增益或外部電阻比設(shè)定。增益誤差可由下式確定：

(Eq.3)

實(shí)際增益可由圖1獲得：

(Eq.4)

增益誤差測量的是傳遞函數(shù)的實(shí)際斜率與理想斜率間的誤差百分比。

增益誤差引起的輸出誤差由下式確定：

增益非線性

一個具有理想線性特性的CSA，其傳輸函數(shù)保持恒定斜率。相對于失調(diào)誤差和增益誤差，如果輸