高精度單向電流檢測(cè)放大器電路設(shè)計(jì)

檢流放大器在放大微弱的差分電壓的同時(shí)能夠抑制輸入共模電壓，該功能類似于傳統(tǒng)的差分放大器，但兩者有一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別：對(duì)于檢流放大器而言，所允許的輸入共模電壓范圍可以超出電源電壓(VCC)。例如，當(dāng)MAX4080檢流放大器工作在VCC = 5V時(shí)，能夠承受76V的輸入共模電壓。采用獨(dú)立的放大器架構(gòu)，電流檢測(cè)放大器不會(huì)受電阻不匹配造成的共模抑制(CMRR)的影響。MAX4080具有100dB (最小值)的直流CMRR，而基于傳統(tǒng)運(yùn)放的差分放大器則受CMRR限制，其有效輸入VOS通過(guò)信號(hào)鏈路是被放大。

圖1. MAX4080高精度單向電流檢測(cè)放大器

通過(guò)校準(zhǔn)提高精度
MAX4080檢流放大器具有精密的輸入失調(diào)電壓(VOS)，25°C時(shí)最大值為±0.6mV，在整個(gè)-40°C至+125°C溫度范圍內(nèi)，最大值為±1.2mV。但是，許多應(yīng)用需要更高的電流測(cè)量精度，因此需要對(duì)輸入VOS做進(jìn)一步校準(zhǔn)。這種校準(zhǔn)通過(guò)在生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)量VOS并將結(jié)果存儲(chǔ)在固件中實(shí)現(xiàn)。利用所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，當(dāng)設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)投入實(shí)際使用時(shí)，可以在數(shù)字域調(diào)整VOS。

為便于生產(chǎn)，校準(zhǔn)的首選方案是：在負(fù)載電流為零(零輸入差分電壓)時(shí)測(cè)量VOS?？梢詼y(cè)量輸出VOS并在以后的測(cè)量數(shù)據(jù)中減去該電壓。不幸的是這種方法存在一個(gè)缺點(diǎn)，由于VOL (最低輸出電壓)和輸入VOS相互影響，輸出電壓可能無(wú)法精確地反映輸入VOS。所有單電源供電放大器均存在這一問(wèn)題。

以增益為20的MAX4080T為例，并假設(shè)輸入VOS為零，此時(shí)放大器輸出的測(cè)量值應(yīng)該為零。而實(shí)際情況是：即使在零輸入差分電壓下，放大器也不能保證輸出電壓低于15mV (10µA吸電流)。如果直接把測(cè)量到輸出電壓用于VOS校準(zhǔn)，放大器的輸入VOS為0.75mV (15mV/20 = 0.75mV)。

同樣，如果MAX4080T具有VOL = 0，則正電壓輸入VOS應(yīng)該產(chǎn)生正的輸出VOS。而負(fù)電壓輸入VOS則不會(huì)“反映到”輸出端，因?yàn)榉糯笃鞑荒墚a(chǎn)生低于地電位的輸出電壓。這樣，在零輸入差分電壓下，不能通過(guò)“直接”測(cè)量輸出電壓來(lái)校準(zhǔn)輸入VOS。