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如何开始使用电流检测放大器应用第三部分

在本系列的前几期中 ， 我讨论了实现备选方案以及这些决策如何影响设备参数以及受设备参数影响 。在这篇文章中 ， 我将解释设备参数和系统因素如何影响可实现的精度 。
要了解我们可以实现的测量精度 ， 我们首先需要了解潜在误差的来源 。以下是两种错误来源的列表——请注意 ， 这不是一个详尽的列表 ， 而是重点介绍了一些主要来源：
放大器相关的误差（噪声）源：
· 输入失调电压 (V OS ) 。
· V OS漂移 。
· 共模抑制比 (CMRR) 。
· 电源抑制比 (PSRR) 。
· 增益误差 。
· 增益误差漂移 。
非放大器误差源：
· 印刷电路板 (PCB) 布局 。
· 分流电阻容差和漂移 。
· 增益设置无源器件容差、匹配和漂移 。
最差情况下的精度是所有误差源 e 的简单线性求和 ， 如公式 1 所示：

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(1)
在统计上不可能同时使所有误差达到最大值 ， 因此更可能的精度方程将是误差源的和方根 ， 如方程 2 所示：

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(2)
首先 ， 让我们考虑外部误差源 。放大器看到的 V SENSE是输入引脚上的值 ， 这与设计人员在电阻上测量时可能会遇到的不同 。理想情况下 V SHUNT = V SENSE ， 但寄生效应和迹线蚀刻将导致这不正确 。开尔文连接将最小化 PCB 寄生误差的贡献 。
当谈到分流电阻容差和漂移时 ， 您愿意支付的成本与应用所需的性能之间需要权衡取舍 。分流电阻器温度漂移是温度范围内的主要误差源之一 ， 除非您选择昂贵的电阻器 。目录分销网站上的高精度 (0.1%)、低漂移 (50ppm/°C) 电阻器以 1,000 件为单位的价格在 4.00 美元到 8.00 美元之间 。
由于其集成的、匹配的、低漂移增益电阻网络 ， 使用电流分流监视器可以消除运算放大器外部电路的误差贡献 。这些片上网络的影响被考虑到电流检测放大器本身的误差贡献中 。
对于放大器误差源 ， 您需要在精度与成本之间做出类似的权衡 。查看数据表中列出的每个参数规格的工作条件并将其与您的实际工作条件进行比较非常重要 。在本次讨论中 ， 我将重点关注两个主要误差因素：输入失调电压和增益误差 。
输入失调电压将是低 V SENSE电平下的主要误差源 。如果简化并假设 V SENSE = V SHUNT = I LOAD x R SHUNT（无寄生误差贡献） ， 则 V OS的误差贡献可使用公式 3 计算：

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(3)
让我们看看两种不同的电流分流监视器INA199和INA210 ， 看看 V OS将如何影响误差 。INA199数据表将 V OS(MAX)列为 150μV ， 而INA210为 35μV 。表 1 显示了使用 1mA 电流值和 1Ω 分流电阻器时各自的误差贡献 。


INA199
INA210
【如何开始使用电流检测放大器应用第三部分】V OS(最大值)
150μV
35μV
V操作系统错误
15.0%
3.5%
表 1：INA199和INA210分流监控器误差贡献

如果您正在测量将导致低 V SENSE值的低电流值 ， 则将 V OS最小化以最小化误差至关重要 。随着 V SENSE相对于 V OS(MAX)增长 ， 该误差贡献被最小化 。如果 V SENSE是 V OS值的 1,000 倍 ， 则误差贡献为 0.1% 。另一方面 ， 当 V SENSE远大于 V O时 。主要的误差贡献将是增益误差 。在大多数数据表中 ， 这被指定为一个固定百分比 ， 并且贡献是一个简单的百分比加法器 。
让我们看看这两个错误如何导致总错误 ， 再次假设它们是仅有的两个错误源 。图 1 显示了INA199和INA210的线性和以及误差计算平方根方法的工作原理 。

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图 1：INA210和INA199总误差
这里 ， 当 V SENSE较低 时 ， 失调电压是主要误差源 ， 而当 V SENSE相对于 V OS较高时 ， 增益误差占主导地位 。
我的分析已将误差计算简化为两个主要来源 。然而 ， 电流测量精度是一个非常复杂的主题 ， 其中有许多移动部件需要相互权衡 ， 以在特定操作条件下最大限度地提高性能 。进行更彻底分析的关键要素之一是温度 。温度漂移会影响多种规格 ， 包括分流电阻值、失调电压和增益误差 。使用具有零漂移的分流监控器（包括INA210或INA282）将有助于最大限度地减少失调漂移的影响 。


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