電流檢測放大器是亞德諾半導(dǎo)體技術(shù)有限公司（AnalogDevices，Inc.）的其中一款專用放大器，用于存在大共模電壓的情況下放大較小的差分信號。電流檢測放大器的一個典型應(yīng)用是放大分流電阻器上的電壓。ADI提供多種電流檢測放大器，其可在低至1.8V的電源電壓下工作，并可耐受高達(dá)600V的輸入共模電壓。

　　許多應(yīng)用都采用分流電阻，其共模電壓與時間成函數(shù)關(guān)系。具有可變共模電壓的部分分流應(yīng)用事例有：H橋電機(jī)驅(qū)動器、電磁閥控制器、DC-DC開關(guān)轉(zhuǎn)換器。在這些應(yīng)用中，電流檢測放大器獲得的共模電壓以PWM方式變化，范圍為電池電壓到接地電壓。

　　理想的電流檢測放大器不會對輸入共模變化作出反應(yīng)。但事實(shí)上，電流檢測放大器具有有限的共模抑制能力，通常在直流電下指定，數(shù)值約為100μV/V或80dB。

　　除了由直流共模抑制比（CMRR）引起的輸出誤差外，此外還存在交流共模抑制比以及放大器共模階躍響應(yīng)相關(guān)的誤差。本應(yīng)用筆記重點(diǎn)討論電流檢測放大器的共模階躍響應(yīng)1。

　　共模階躍響應(yīng)

　　理想情況下，無論輸入端實(shí)際值（即共模電壓）如何，電流檢測放大器均根據(jù)其輸入的差異產(chǎn)生輸出。然而，在實(shí)際使用中，放大器輸出可能會在其輸入的不同共模電平下發(fā)生改變。隨變化的共模輸入而改變的輸出稱為共模階躍響應(yīng)。

　　在輸入共模電壓變化較大的應(yīng)用中，放大器的共模階躍響應(yīng)可能尤為重要；當(dāng)放大器從輸入共模電壓的改變中恢復(fù)時，放大器輸出可能會由于新的共模電平導(dǎo)致產(chǎn)生新的失調(diào)而歸于無效。因此，放大器較長的建立時間（以及在此期間的較大誤差）可能會嚴(yán)重降低放大器的動態(tài)性能。

　　共模階躍響應(yīng)測量

　　電流檢測放大器非常難以實(shí)現(xiàn)極快速、極精確的共模階躍響應(yīng)它需要具有非常穩(wěn)定而快速的源、完全屏蔽的連接器，以及正確設(shè)計的電路。該測量的基本功能框圖如圖1所示。

　　PWM輸入

　　采用波形發(fā)生器產(chǎn)生0Hz至100kHz的PWM信號頻率，并將其用作MOSFET驅(qū)動器的輸入信號。

　　MOSFET驅(qū)動器

　　該驅(qū)動器向MOSFET注入高電平電流以實(shí)現(xiàn)極高速開關(guān)性能，從而消除過多的熱耗散。驅(qū)動器提供的電流范圍為幾百mA甚至幾A。

　　MOSFET

　　驅(qū)動器輸出正電壓，因此采用N溝道功率MOSFET。這類MOSFET能耐受高達(dá)100V的電壓，上升和反向恢復(fù)時間典型值分別為35ns和115ns。此外，這些MOSFET還具有44mΩRON（足夠保持信號完整度），并可耗散高達(dá)130W的功率。這些MOSFET的輸出用作電流檢測放大器的共模輸入電壓（VCM）。

　　電流檢測放大器

　　電流檢測放大器可在大共模電壓存在的情況下放大較小的差分信號。本應(yīng)用筆記中測試的電流檢測放大器具有高達(dá)80V共模電壓，采用5V的單電源供電。

　　共模階躍響應(yīng)

　　電流檢測放大器輸出產(chǎn)生共模階躍響應(yīng)波形。該響應(yīng)可能在上升沿或下降沿表現(xiàn)為帶有正尖峰或負(fù)尖峰的波形，具體取決于起主要作用的是反相輸入還是同相輸入。

　　共模階躍響應(yīng)測量的簡化原理圖如圖2所示。在本原理圖中，采用的電流檢測放大器為AD8210。

　　共模階躍響應(yīng)結(jié)果

　　對分流電路中配置的多個亞德諾半導(dǎo)體電流檢測放大器進(jìn)行評估，然后與競爭對手提供的最受歡迎的電流檢測放大器進(jìn)行比較。AD8210是進(jìn)行評估的第一款電流分流監(jiān)測器，它是一種單電源雙向電流檢測放大器，可耐受?2V至+65V共模電壓。該器件的基準(zhǔn)電壓引腳（VREF）用來調(diào)節(jié)輸出失調(diào)，固定增益為20。

　　此外，還評估了雙向差動放大器AD8207；該放大器配置為分流放大器。+5V電源時，它能耐受?4V至+65V共模電壓；+3.3V電源時，它能耐受?4V至+35V共模電壓。該器件還具有零漂移內(nèi)核，可提供低于500nV/°C的典型失調(diào)漂移，以及低于10ppm/°C的典型增益漂移。它還具有20的固定增益。

　　另外，還評估了AD8418和AD8418A。這兩個電流檢測放大器具有零漂移內(nèi)核，能在整個工作溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)0.1μV/°C典型失調(diào)漂移，共模電壓范圍為?2V至+70V。這兩款放大器完全符合汽車應(yīng)用規(guī)范（包括電磁干擾（EMI）濾波器和專利電路），在脈沖寬度調(diào)制（PWM）類輸入共模電壓下具有高輸出精度。

　　圖3顯示+60V輸入共模電壓下，ADI各種電流檢測放大器與競爭對手產(chǎn)品的波形比較。

　　共模階躍響應(yīng)測量技術(shù)

　　為了產(chǎn)生精確的電流檢測放大器共模階躍響應(yīng)，應(yīng)考慮連接、所用的元器件以及元器件位置。

　　連接

　　連接器引腳——比如電源、波形發(fā)生器、輸入/輸出、示波器探頭和其他接口連接器上的引腳——應(yīng)盡可能靠近受測器件（DUT），避免在導(dǎo)線中引起噪聲和干擾。

　　接地連接應(yīng)當(dāng)只在一點(diǎn)處相交，稱為單點(diǎn)接地，從而避免由于系統(tǒng)中具有不同接地電位導(dǎo)致接地環(huán)路問題。

　　示波器探頭接地不使用鱷魚夾，而是采用探頭頂部接地（形狀像線圈）并將其插入探頭。如果探頭頂部不可用，則用固體導(dǎo)線或單股導(dǎo)線做成一個線圈，然后焊接到探測點(diǎn)旁邊（電流檢測放大器的輸入和輸出引腳），以便僅測量所需信號，消除可能導(dǎo)致干擾振鈴或尖峰的感應(yīng)噪聲。

　　使用的元器件

　　應(yīng)在電源處加入一個旁路電容，降低電路中的紋波電壓；不要將其視為理所當(dāng)然。陶瓷電容能夠很好地完成這一工作，因?yàn)樗鼈兙哂懈叻€(wěn)定性、高效率以及低損耗。

　　由于本應(yīng)用筆記中使用+60V輸入共模電壓，MOSFET驅(qū)動器的負(fù)載電阻應(yīng)當(dāng)具有較大的額定功率，以便耐受高電流。

　　MOSFET應(yīng)當(dāng)具有較短的反向恢復(fù)時間，以便最大限度地降低MOSFET二極管頻繁充放電造成的損耗。

　　元件放置

　　MOSFET驅(qū)動器電路由包括MOSFET在內(nèi)的分立式器件組成，而電流檢測電路應(yīng)當(dāng)盡可能靠近MOSFET驅(qū)動器放置，以便最大限度地降低交流阻抗，避免長走線產(chǎn)生噪聲或干擾。

　　結(jié)論

　　經(jīng)測試和驗(yàn)證表明，ADI電流檢測放大器的過沖或欠沖不足700mV。競爭對手的產(chǎn)品過沖幾乎達(dá)到2V。就輸入共模電壓上升沿和下降沿來說，本應(yīng)用筆記中描述的ADI電流檢測放大器相比競爭對手的產(chǎn)品可以更快地穩(wěn)定下來。此外，這些放大器可抑制高達(dá)+60V的極高輸入共模電壓。由于相比競爭對手的產(chǎn)品具有這些優(yōu)勢，ADI電流檢測放大器對于防止電路故障、防止電池過度放電以及保持某些系統(tǒng)的正常運(yùn)行非常實(shí)用；這些系統(tǒng)有：電池監(jiān)控器、功率調(diào)節(jié)器、電動汽車、發(fā)生器和電機(jī)控制。