寬動態(tài)范圍的高端電流檢測：三種解決方案

 簡介

　　在電機(jī)控制、電磁閥控制、通信基礎(chǔ)設(shè)施和電源管理等諸多應(yīng)用中，電流檢測是精密閉環(huán)控制所必需的關(guān)鍵功能。從安全至關(guān)重要的汽車和工業(yè)應(yīng)用，到電源和效率至關(guān)重要的手持式設(shè)備，都能發(fā)現(xiàn)它的身影。利用精密電流監(jiān)控，設(shè)計人員可以獲得關(guān)鍵的瞬時信息，例如電機(jī)扭矩（根據(jù)電機(jī)電流）、DC/DC轉(zhuǎn)換器效率、基站LDMOS（橫向擴(kuò)散MOS）功率晶體管的偏置電流，或者短接至地等診斷信息。

　　為了理解系統(tǒng)設(shè)計人員在為電路板選擇最精確、最具成本效益的電流傳感器時所面對的重要權(quán)衡、選擇和挑戰(zhàn)，我們將仔細(xì)討論蜂窩基站功率放大器的LDMOS偏置電流監(jiān)控及其它相關(guān)應(yīng)用中的電流檢測。

　　電流監(jiān)控在基站功率放大器中是必不可少的，特別是在調(diào)制方法更為復(fù)雜的3G和LTE中，其峰均功率比從3GW-CDMA的3.5dB（約2.2比1）到LTEOFDM的8.5dB（約7.1比1）不等，而大多數(shù)常用2G單載波GSM的峰均功率比為3dB（約2比1）?？刂骗h(huán)路功能之一是監(jiān)控LDMOS偏置電流，以便能夠針對給定的功率輸出對LDMOS的偏置進(jìn)行正確調(diào)制。通常情況下，此直流偏置電流具有寬動態(tài)范圍，具體視工作條件、最大值或非峰值操作而定。對設(shè)計人員而言，這意味著需要一個精密電流傳感器來監(jiān)控50mA（或者低至15mA）1至20A范圍內(nèi)的電流，而LDMOS的漏極則偏置到28V至60V范圍內(nèi)的一個高壓。如果利用分流電阻來監(jiān)控此電流，則設(shè)計人員只能使用非常小的分流電阻，否則當(dāng)LDMOS電流為20A時，其功耗將非常大。例如，在最大電流時，即使10mΩ分流電阻也會消耗4W功率。

　　雖然存在能夠承受這一功率的分流電阻，但電路板可能要求較低功耗。然而，如果選擇如此低的電阻值，則在低電流（如50mA）時，10mΩ分流電阻上的電壓將極其微小(500μV)，難以利用一個同時還必須承受高共模電壓的電路進(jìn)行精密監(jiān)控。

　　本文將重點(diǎn)討論能夠在高共模電壓下精確監(jiān)控寬范圍直流電流的電流檢測解決方案。同時還會特別關(guān)注溫度性能這一重要參數(shù)，它常常難以校準(zhǔn)，但在功率放大器室外應(yīng)用中必須謹(jǐn)慎對待。本文將按照設(shè)計復(fù)雜度從高到低的順序介紹三種可選解決方案，它們能針對各種不同的應(yīng)用提供可行的高精度、高分辨率電流檢測。