美信直流誤差計算器簡化檢流放大器的優(yōu)化
來源：美信 作者：Akshay Bhat2014年01月26日 10:05
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[導讀] 本文介紹了一種計算檢流放大器直流誤差的系統(tǒng)方法，對每個誤差源展開討論，介紹了一種估算總誤差的方法。最后，文章還介紹了計算軟件的使用方法，幫助設(shè)計人員快速獲取所選檢流放大器的總誤差。
關(guān)鍵詞：MAX9922誤差源電流檢測放大器MAX9918美信
本文介紹了一種計算檢流放大器直流誤差的系統(tǒng)方法，對每個誤差源展開討論，介紹了一種估算總誤差的方法。最后，文章還介紹了計算軟件的使用方法，幫助設(shè)計人員快速獲取所選檢流放大器的總誤差。
類似的文章于2013年2月6日，發(fā)表在德國Elektronikpraxis雜志上。
概述
集成檢流放大器經(jīng)常用來測量電路中的電流，通過放大串聯(lián)在電流通路的采樣電阻壓降實現(xiàn)重要的系統(tǒng)功能，例如過流保護、設(shè)備監(jiān)測、可編程電流源、線性電源和開關(guān)電源、電池充電器和電量檢測等。由于所要求的電流檢測規(guī)格、實施方案與應(yīng)用本身一樣多樣化，分析電流檢測放大器（CSA）的誤差預(yù)算是每次設(shè)計的一項基本工作。毋庸置疑，當為一個應(yīng)用選擇合適的器件時，對電流檢測放大器的誤差規(guī)格和它們間的相互影響的透徹理解非常重要，有助于降低重復設(shè)計的風險。
本文討論了電流檢測放大器的誤差源，介紹了一種估計總誤差預(yù)算的方法，以及如何使用Maxim設(shè)計的計算軟件。軟件采用簡單的網(wǎng)頁圖形用戶界面，計算所選 Maxim CSA的總體直流誤差。并通過一個應(yīng)用案例幫助讀者熟悉計算軟件的基本操作。設(shè)計提示和消息標志也會提醒您操作過程中不符合檢流規(guī)格的任何狀況。
檢流放大器的誤差源
電流檢測放大器中有幾種普遍存在的直流誤差源，下面對每種誤差源進行簡要分析。
輸入失調(diào)電壓
類似于運算放大器，電流檢測放大器的輸入偏置電壓（VOS）定義為將輸出電壓驅(qū)動到零時，作用在檢流放大器兩個輸入端的電壓。通常不直接測量失調(diào)誤差，因為單電源供電時，CSA輸出電壓不會達到輸出電壓下限（VOL）以下。因此，VOS被更準確地當作輸出電壓VOUT與采樣電壓VSENSE間傳輸特性曲線的線性部分反向延長線與VSENSE軸的交點，圖1所示。
圖1. 輸出電壓與采樣電壓的對應(yīng)關(guān)系確定失調(diào)電壓。
如果VOUT1是VSENSE = VSENSE1時測得的輸出電壓，VOUT2是VSENSE = VSENSE2時測得的輸出電壓，那么VOS可由下面的公式計算：
（式1）
CSA輸入失調(diào)電壓產(chǎn)生的輸出失調(diào)誤差如下：
ERRORVOS = G × VOS（式2）
這里G為所要求的放大器增益。
減小失調(diào)電壓誤差的方法是選擇一個阻值較大的檢流電阻，大阻值產(chǎn)生較高的采樣電壓，相應(yīng)減小誤差預(yù)算中的失調(diào)誤差成份。需要注意的是，選擇外部RSENSE時需要在可接受的壓降、電阻功耗和CSA失調(diào)誤差之間進行平衡。對于精密的電流檢測應(yīng)用，不會采用大阻值檢流電阻，應(yīng)選擇高精度CSA。
增益誤差
增益誤差定義為CSA的實際差分增益與理想差分增益的偏差比，理想增益由內(nèi)部固定增益或外部電阻比設(shè)定。增益誤差可由下式確定：
（式3）
實際增益可由圖1獲得：
（式4）
增益誤差測量的是傳遞函數(shù)的實際斜率與理想斜率間的誤差百分比。
增益誤差引起的輸出誤差由下式確定：
（式5）
增益非線性
一個具有理想線性特性的CSA，其傳輸函數(shù)保持恒定斜率。相對于失調(diào)誤差和增益誤差，如果輸出擺幅在線性區(qū)（該區(qū)域由CSA數(shù)據(jù)手冊的輸出電壓上限、下限范圍指定），可以忽略增益的非線性。由此，可以在總體誤差中忽略增益非線性引起的誤差。
共模抑制比
共模抑制比（CMRR）測量CSA對作用在兩個輸入端的同等變化信號的抑制能力。數(shù)據(jù)手冊中的CMRR通常以輸入為參考，CMRR由下式定義：
（式6）
共模輸入電壓變化引起的最大輸出誤差可由下式得出：
ERRORCMRR = G × Maximum ［Abs Value （Min VCM - Data Sheet VCM）， Abs Value （Max VCM - Data Sheet VCM）］ × 10-CMRR/20（式7）
其中：
數(shù)據(jù)手冊VCM = 數(shù)據(jù)手冊中確定CSA的增益誤差和失調(diào)誤差時的共模電壓。
最小VCM = 施加在用戶電路中的最小共模電壓
最大VCM = 施加在用戶電路中的最大共模電壓
電源抑制比
電源電壓抑制比（PSRR）用于衡量CSA抑制電源（VCC）各種變化的能力。數(shù)據(jù)手冊中的PSRR通常以輸入為參考，其結(jié)果與所施加的差分信號相比較。由電源電壓變化引起的最大輸出誤差由下式確定：
ERRORPSRR = G × Maximum ［Abs Value （Min VDD - Data Sheet VDD）， Abs Value （Max VDD - Data Sheet VDD）］ × 10-PSRR/20（式8）
其中：
數(shù)據(jù)手冊VDD = 數(shù)據(jù)手冊中確定CSA增益誤差和失調(diào)誤差特性時的電源電壓。
最小VDD = 作用在用戶電路中的最小電源電壓
最大VDD = 作用在用戶電路中的最大電源電壓
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