與十年前相比，現在的電子產(chǎn)品具有更多的功能。工程師們不得不設計精密的系統，常以“創(chuàng )造性”滿(mǎn)足嚴格的功率預算，以保持高能效。預測系統的維護和保護需要快速反應系統的響應。一個(gè)關(guān)鍵功能是監測系統的電流消耗和壓降。
在所有的電流檢測法中，使用放大器監測分流的電流是到目前為止最常用的方法。電流檢測可以使用電流檢測放大器(CSA)或帶有外部增益設置電阻的運算放大器(Op Amp)來(lái)實(shí)現(圖1)。這兩者的選擇，取決于性能要求和物料單(BOM) 的目標成本。
Typical op amp current sensing requires 2 to 4 precision resistors：普通的運放電流檢測需要2至4個(gè)精密的電阻
NCS21xR has integrated precision resistors：NCS21xR集成精密的電阻
圖1(a)帶有外部增益設置電阻的運算放大器 圖1(b)電流檢測
從性能的角度，增益設置電阻之間的不匹配會(huì )影響電流測量的精度，繼而影響并聯(lián)器件的尺寸。其他設計考慮因素包括器件規格(輸入偏置電壓、共模抑制、增益誤差)、并聯(lián)器件尺寸、分流位置和PCB布局。我們將在隨后的博客中深入分析這些因素�，F在，讓我們大體看看這些因素。
我們選取了四個(gè)放大器(LM358，NCS20081，NCS333和NCS214R)，比較從通用到精密放大器(圖2和圖3中從左到右)的性能優(yōu)勢。
NCV214R集成增益設置電阻，以獲得更好的匹配和共模性能。其他的則需要外部電阻網(wǎng)絡(luò )。假設在LM 358、NCS20081和NCS333的性能比較中使用了匹配的電阻網(wǎng)絡(luò )。NCS214R提供最高的精度(圖2)和極高能效的方案(圖3)。
With a 50 mV shunt drop: 14% offset error
50 mV分流壓降：14%偏置誤差
With a 50 mV shunt drop: 7% offset error
50 mV分流壓降：7%偏置誤差
With a 50 mV shunt drop: 0.02% offset error
50 mV分流壓降：0.02%偏置誤差
With a 50 mV shunt drop: 0.12% offset error
50 mV分流壓降：0.12%偏置誤差
Reduce offset voltage：減小偏置電壓
Improve accuracy：提高精確度
System performance improves：系統性能提升
圖2：對于固定的分流壓降(例如50 mv)，偏置誤差有幾個(gè)數量級的差異
To achieve 2% offset error: 350 mV shunt drop
要達到2%偏置誤差：分流壓降350 mV
To achieve 2% offset error: 175 mV shunt drop
要達到2%偏置誤差：分流壓降175 mV
To achieve 2% offset error: 0.5 mV shunt drop
要達到2%偏置誤差：分流壓降0.5 mV
To achieve 2% offset error: 3 mV shunt drop
要達到2%偏置誤差：分流壓降3 mV
Reduce voltage drop across sense resistor：減小檢測電阻壓降
Reduce power dissipation：降低功耗
System efficiency improves：系統能效提升
圖3：若要實(shí)現最大的系統能效，對于固定的偏置誤差，較低的分流壓降會(huì )降低功耗
從BOM成本的角度，一個(gè)匹配良好的電阻網(wǎng)絡(luò )將貴(~1美元)到足以抵消使用通用運放(~0.10美元)節省的成本。雖然電流檢測放大器貴，但當比較完整的方案成本時(shí)，它們很可能比運放方案更便宜。
但是等等！不僅僅如此…另一個(gè)優(yōu)勢是：方案的尺寸。帶外部電阻網(wǎng)絡(luò )的運放不會(huì )像uQFN或SC70中的NCS21xR那樣小。
