SGM8198：高性能高側(cè)電流檢測(cè)監(jiān)控器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，精確的電流測(cè)量至關(guān)重要。SGM8198作為一款高側(cè)、單極性電流檢測(cè)監(jiān)控器，憑借其出色的性能和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為眾多工程師的首選。今天，我們就來深入探討一下SGM8198的特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、SGM8198概述

SGM8198系列是一款高側(cè)、單極性電流檢測(cè)監(jiān)控器，它具有以下顯著特點(diǎn)：

1. 寬電源電壓范圍：能夠在2.7V至36V的單電源下工作，這使得它在不同的電源環(huán)境中都能穩(wěn)定運(yùn)行。
2. 低靜態(tài)電流：僅消耗65μA的靜態(tài)電流，有助于降低系統(tǒng)功耗，延長(zhǎng)電池供電設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。
3. 寬共模電壓范圍：輸入共模電壓范圍為2.7V至36V，允許分流電流的任一側(cè)連接到電源，有效減少測(cè)量誤差。
4. 靈活的增益設(shè)置：通過一個(gè)外部電阻，可設(shè)置1至100或更高的增益，方便根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整。
5. 適用溫度范圍廣：工作溫度范圍為 -40℃至 +125℃，能夠適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。
6. 環(huán)保封裝：采用綠色SOT - 23 - 5封裝，符合環(huán)保要求。

二、電氣特性分析

輸入特性

• 滿量程感應(yīng)電壓：典型值為100mV，最大值為500mV。
• 輸入失調(diào)電壓：在2.7V至36V的輸入電壓范圍內(nèi)，典型值為±30μV，最大值為±550μV。
• 輸入失調(diào)電壓漂移：典型值為1μV/℃。
• 輸入偏置電流：典型值為16μA。
• 輸入共模電壓范圍：2.7V至36V。
• 共模抑制比：在VIN+為2.7V至36V、VSENSE為50mV時(shí)，典型值為140dB。

輸出特性

• 跨導(dǎo)：在VSENSE為10mV至150mV時(shí)，典型值為1000μA/V。
• 跨導(dǎo)溫度系數(shù)：典型值為10nA/V/℃。
• 非線性誤差：在VSENSE為10mV至150mV時(shí)，典型值為±0.01%。
• 總輸出誤差：在VSENSE為100mV時(shí)，典型值為±0.25%。
• 輸出電壓擺幅：接近電源電壓和共模電壓。

電源特性

• 工作電壓范圍：2.7V至36V。
• 靜態(tài)電流：典型值為65μA，最大值為90μA。
• 電源抑制比：在Vcc為2.7V至36V、VSENSE為50mV時(shí)，典型值為0.1V/V。

頻率響應(yīng)

• 帶寬：當(dāng)RL = 10kΩ時(shí)，典型值為480kHz；當(dāng)RL = 20kΩ時(shí)，典型值為270kHz。
• 建立時(shí)間：在5V階躍、RL = 10kΩ或20kΩ時(shí)，典型值均為15μs。

噪聲特性

• 總輸出電流噪聲：在帶寬為100kHz時(shí)，典型值為6nARMS。
• 輸出電流噪聲密度：典型值為20pA/√Hz。

三、典型應(yīng)用場(chǎng)景

1. 緩沖輸出驅(qū)動(dòng)ADC

在需要將SGM8198的輸出數(shù)字化的應(yīng)用中，可使用SGM8955運(yùn)算放大器作為緩沖器，避免ADC輸入阻抗對(duì)SGM8198電壓增益的影響。設(shè)計(jì)時(shí)，需要合理選擇Rs和RL的值。Rs的選擇與小輸入信號(hào)的精度和測(cè)量線路上Rs的最大允許電壓降有關(guān)；RL的值決定了SGM8198的期望輸出電壓。同時(shí)，為了提高測(cè)量精度，外部電路連接到SGM8198輸出的輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于100kΩ。

2. 輸出濾波

通過在負(fù)載電阻RL上并聯(lián)一個(gè)電容，可以形成RC濾波器。首先選擇合適的RL值以實(shí)現(xiàn)期望的電壓增益，然后選擇合適的CL值以實(shí)現(xiàn)期望的截止頻率。

3. 輸出電壓偏移

當(dāng)需要在無(wú)負(fù)載電流時(shí)將輸出電壓偏離地電位時(shí)，可采用電壓分壓器法或恒流源法。電壓分壓器法通過R1和R2的并聯(lián)組合確定SGM8198的增益，通過它們的分壓確定偏移電平；恒流源法的增益由RL確定，偏移電壓由恒流源提供的恒定電流與負(fù)載電阻RL的乘積確定。

4. 雙極性電流測(cè)量

對(duì)于需要測(cè)量正負(fù)電流的應(yīng)用，可以使用兩個(gè)SGM8198，將它們的兩個(gè)輸入分別連接到RSH的兩側(cè)。通過比較器可以指示電流的正負(fù)，輸出電壓的大小由標(biāo)記輸出與地之間的電阻決定。

5. 使用A/D轉(zhuǎn)換器的差分輸入進(jìn)行雙極性電流測(cè)量

SGM8198可與可編程ADC配合使用，ADC的輸入為差分輸入。這種方法可以在不增加額外電路的情況下，通過ADC顯示電流的極性。

6. 使用邏輯信號(hào)進(jìn)行多路復(fù)用測(cè)量

該應(yīng)用用于測(cè)量多個(gè)負(fù)載，每個(gè)SGM8198的VCC引腳由SGM58200的I/O引腳供電，從而實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用的控制。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電源供應(yīng)

SGM8198的兩個(gè)輸入引腳能夠在高于其電源電壓的輸入共模電壓下準(zhǔn)確測(cè)量差分電壓。例如，在5V電源電壓下，兩個(gè)輸入引腳可以測(cè)量36V系統(tǒng)的電流。為了減少電源噪聲的影響，應(yīng)在電源引腳附近盡可能靠近地放置一個(gè)0.1μF的旁路電容。對(duì)于噪聲較大的電源應(yīng)用，可能需要額外的電容。

PCB布局

SGM8198的輸入引腳應(yīng)靠近被測(cè)負(fù)載電流，以最小化與分流電阻Rs串聯(lián)的電阻。輸出電阻RL連接在OUT和GND引腳之間。為了提高測(cè)量精度，應(yīng)直接在RL上測(cè)量電壓。在一些大電流系統(tǒng)中，大電流可能會(huì)流入接地連接，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。此外，SGM8198本身不需要旁路電容來保證穩(wěn)定性，但對(duì)于噪聲較大的電源，需要在電源引腳附近放置電容以抑制電源噪聲。

五、總結(jié)

SGM8198以其寬電源電壓范圍、低靜態(tài)電流、靈活的增益設(shè)置和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，為電子工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的電流檢測(cè)解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇參數(shù)，優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮SGM8198的性能。你在使用SGM8198的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。