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，它會降低可能流向負(fù)載的功率，并且這種耗散還會導(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。一個起點指南是確定電阻器的大小，使其在電流時壓降大約為 100 mV。對于許多應(yīng)用，快速計算 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用。

然而，與幾乎所有的進步一樣，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需要注意的三個方面：

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

在眾多細(xì)節(jié)中，有與幾乎強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；整個傳感組件的電流路徑和電壓傳感回路；并聯(lián)使用多個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，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)使用兩個電阻器的簡單原理也會在使用超低值電阻器時帶來關(guān)于電流路徑的微妙布局考慮。資料：TT Electronics

我不會詳細(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——這是您必須計算誤差預(yù)算的另一個地方。

再，乍一看是一個簡單而有益的選擇，實際上充滿了許多微妙之處，以及錯誤應(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，您實際上可能會得到較差的結(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。它再次證明了一個事實，即任何說“這是一個簡單的轉(zhuǎn)換”或“這一切都很好”的人要么是經(jīng)驗豐富的資深工程師，要么是知識范圍的另一端。

您是否曾經(jīng)將新的設(shè)計或組件選項視為一種改進的、有益的替代方案，后來才發(fā)現(xiàn)它也有令人驚訝的缺點？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？