模擬乘法器提高高邊電流檢測(cè)的測(cè)量精度

將模擬乘法器和高邊電流檢測(cè)放大器相結(jié)合，能夠在筆記本電腦或其他便攜儀器中實(shí)現(xiàn)電池充、放電電流的測(cè)量。本文討論將ADC的基準(zhǔn)電壓加到模擬乘法器的一個(gè)輸入端，以提高電流測(cè)量精度的方法。

　　對(duì)可靠性和精確性要求非常高的應(yīng)用中大量使用了高邊電流檢測(cè)放大器。筆記本電腦中，它被用來(lái)監(jiān)測(cè)電池的充、放電電流，也可以用來(lái)監(jiān)測(cè)USB口和其他電壓的電流。為了控制系統(tǒng)發(fā)熱和電源損耗，要求降低這些電壓的輸出功率。在便攜式消費(fèi)類產(chǎn)品中，高邊電流檢測(cè)放大器用來(lái)監(jiān)測(cè)鋰電池的充、放電電流。汽車應(yīng)用中，這樣的放大器不僅可以監(jiān)測(cè)電池電流，也可以用來(lái)進(jìn)行電機(jī)控制和GPS天線檢測(cè)。在通信基站中，這樣的放大器也被用來(lái)監(jiān)測(cè)功率放大器的電流。

　　很多應(yīng)用中，高邊電流檢測(cè)放大器能夠直接與ADC相連。有一些ADC由外部基準(zhǔn)電壓決定滿量程輸入范圍，它們的輸出精度在很大程度上取決于基準(zhǔn)電壓的精度。本文介紹了在多數(shù)應(yīng)用中，如何利用一個(gè)集成了高邊電流檢測(cè)放大器的模擬乘法器來(lái)檢測(cè)電池的充、放電電流。本設(shè)計(jì)方案通過(guò)把ADC的基準(zhǔn)電壓加到模擬乘法器的輸入端，有效提高了檢測(cè)精度。

　　高邊與低邊電流檢測(cè)技術(shù)

　　高邊、低邊電流檢測(cè)是兩種通用的電流測(cè)量方法。高邊檢測(cè)是在電源（如電池）和負(fù)載之間放一個(gè)檢流電阻；低邊檢測(cè)是在接地回路上串聯(lián)一個(gè)檢流電阻，這種方法與高邊檢測(cè)相比有2個(gè)缺點(diǎn)：第一，如果負(fù)載發(fā)生意外短路，低邊電流檢測(cè)放大器將被旁路，不能檢測(cè)短路狀態(tài)；第二，由于在接地回路中引入了所不期望的阻抗，從而把地平面分割開。

圖1 高邊電流檢測(cè)（MAX4211）

　　高邊電流檢測(cè)也有一個(gè)缺點(diǎn)：電流檢測(cè)放大器必需支持高共模電壓輸入，幅度取決于具體的電壓源。高邊檢測(cè)主要用于電流檢測(cè)放大器，而低邊檢測(cè)可采用簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大器，只要這個(gè)放大器能夠處理以地為參考的共模輸入即可。

　　利用高邊檢流放大器測(cè)量功率

　　圖1說(shuō)明了如何利用集成了模擬乘法器的高邊電流檢測(cè)放大器測(cè)量供給負(fù)載的功率（定義為負(fù)載電流與電壓的乘積）。高邊電流檢測(cè)提供與負(fù)載電流成比例的電壓輸出，該輸出電壓加到模擬乘法器，而模擬乘法器的另一個(gè)輸入為負(fù)載電壓。由此，乘法器輸出一個(gè)與負(fù)載功率成正比的電壓。

　　這里的模擬乘法器不僅僅提供功率測(cè)量，還可提供其他用途。如果其外部輸入沒(méi)有連接到負(fù)載電壓，也可以把它連接到ADC的基準(zhǔn)電壓。這種情況下，乘法器將不再測(cè)量功率，而是把電流檢測(cè)放大器的輸出電壓與ADC的基準(zhǔn)電壓相關(guān)聯(lián)。

　　圖2說(shuō)明了這種用法，高邊電流檢測(cè)放大器測(cè)量電池的充電電流。電壓輸出（POUT）加到輸入范圍為0V～VREF的16位ADC。這里，外部穩(wěn)壓源提供VREF，電壓范圍：1.2～3.8V（該例中為 3.8V）。乘法器的輸入范圍是0～1V，可以把3.8V基準(zhǔn)電壓通過(guò)R1/R2分壓實(shí)現(xiàn)。假設(shè)R2=1kΩ，R1=2.8kΩ，則VREF=1V。MAX4211的增益為25，則電壓測(cè)量范圍為：0～150mV，輸出電壓（對(duì)POUT和IOUT）范圍為0～3.75V（與流入負(fù)載的電流成正比）。