当您进行设计的时候，最为精确的测量数据对于选择部件、设计 PCB 和功耗考虑来说可能是非常重要的。
在这篇来自 Texas Instrument 电流传感营销经理 Dan Harmon 的文章中，Dan 谈到了低侧电流传感的一些细节，并分析最大化传感性能的一些方式。继续阅读，详细了解您可以如何改进结果、优化设计并控制成本：
什么是低侧电流传感？
最常见的电流测量方法就是低侧传感。一个传感元件或分流电阻器与负载串联放置在负载和地面之间（图 1）。
图1：为低侧电流传感配置的简化电路图。
低侧传感的缺点是对系统负载接地电位的干扰，以及无法检测负载接地短路。之所以需要低侧传感，是因为共模电压接近地面。当共模范围为零或接近零，就能使用传统的运算放大器 (op amp)、仪表放大器 (INA)、差分放大器或电流检测放大器（或电流分流监视器）实现低侧传感。.
简单的运算放大器 使用运算放大器进行电流传感受限于输入共模电压，而输入共模电压又受限于电源电压。较大的开环增益需要反馈，这限制了其在单端输入信号中的使用。分流电阻和接地迹线之间的寄生电阻加大了分流电阻值（图 2）。寄生电阻产生的电压将“踩在”分流电压上，导致错误。生产中的寄生电阻波动很大。为了达到更高的准确度和一惯性，跨越分流电阻器的差分测量是必需的。虽然运算放大器解决方案最有可能是成本最低的选择，它的准确度也是最低的——除非购买昂贵的外部元器件，但这又花掉了省下来的开支。
图 2：使用一个简单运算放大器进行低侧电流检测的示例电路，突出寄生电阻引起的错误。
差分放大器 传统的差分放大器 (DA) 就是一个带有精密电阻网络的运算放大器（图 3）。DA 通常是为驱动具有单位增益的大型信号设计的。这可能会限制其在分流电阻中常见的小型信号上的使用，除非添加了额外的增益级，并带来额外的成本。
由于其有限的共模和差模输入阻抗，DA 被视为系统总线电压的负载。此负载从系统总线电压吸取电流，为测量带来了不确定性。为了减少这些输入阻抗带来的测量误差，它们应比系统负载阻抗大很多。
由于一个低侧电流检测溶液的共模电压接近 0 V，这最大限度地减少了共模输入阻抗的影响，但差模输入阻抗仍然是个影响因素。使用 DA 低边测量，就消除了寄生电阻对地串联运算放大器带来的分流电阻所引起的问题。
图 3：使用一个差分放大器进行低侧电流检测的示例电路，消除寄生电阻引起的错误。
仪表放大器 仪表放大器 (INA) 通常由一个具有缓冲输入的 AD 输出级组成（图 4）。它相比 DA 的第一个优点是其输入连接到一个缓冲放大器的非反相输入，而缓冲放大器是高阻抗的。这意味着对系统电压几乎没有负载，因此能传感微小的电流。此外，INA 通过一个外部电阻器 (RG) 提供轻松改变器件的差分增益的能力。然而，要获得最高的准确度，就需要一个价格不菲的精密电阻。
此外，对于低端传感应用，三阶段 INA 在输出级上有一个内部节点，这通常要求采用双电源，从而增加系统成本。具有三个阶段和集成精密电阻的 INA 往往是成本更高的大型设备。
图 4：使用一个 INA 进行低侧电流检测的示例电路，消除寄生电阻引起的错误。
电流传感放大器/分流监视器 电流传感放大器 (CSA) 给系统带来的负载很低，并能通过独特的输入级设计，在高共模电压条件下传感电流。电流传感放大器小巧、成本低，而且简单易用。它们包括所有的增益设置电阻，专为最大增益错误设计，能消除很多外部准确度因素。由于其差分输入结构和零漂移结构，一个分流监视器消除了布线和 PCB 布局的寄生电阻。由于寄生布局和布线电阻是铜制的，并具有高温系数，这在整个温度范围内改善了性能、减少了错误。
电流传感监视器具有非常高的输入阻抗和非常高的共模抑制比 (CMRR)，这对于最大化准确度非常重要。由于 CSA 的架构所带来的准确性，我们可以使用比较便宜的分流电阻来获得与上述替代品相同的效果。使用较小的分流可以最小化系统中的负载损失以及发热。
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早期的电流分流监控器只针对高端应用，且没有将 0 V 包括在其共模范围内。大多数新的设备将接地包括在其共模范围内，如 INA199 系列。该系列具有 –0.3 V 至 +26 V 的共模范围，可以在低侧使用。其失调电压为典型的 ±5 µV，温度漂移仅为 0.1 µV/°C。再结合 ±0.03% 的典型增益误差，将获得近乎为零的 3 ppm/°C 温度漂移。
总结 尽管低侧电流测量有多种方案，但电流分流监视器能提供显著的准确度优势、更低的功耗和更小的尺寸。它们让您可以使用较小的分流电阻，这通常具有相同或更低的成本。
表 1：多种低侧传感方案。
使用电流传感放大器的低侧电流传感能提供卓越的准确度、较小的尺寸和更低的功耗。这让使用电流传感放大器成为增加您设计的功能性并最小化 PCB 尺寸和成本的一个绝佳选择。