一些應(yīng)用中需要對檢流放大器的輸入失調(diào)電壓(VOS)進(jìn)行校準(zhǔn)，以提高電流測量精度,。但是,，受放大器最小輸出電壓(VOL)和輸入VOS的影響，校準(zhǔn)并非一個簡單過程,。本應(yīng)用筆記討論了一種“調(diào)整”單向檢流放大器輸入VOS的簡單方法,。利用這一方法測量輸入VOS時不受VOL的限制，并且能夠提高整體電流測量精度,。以MAX4080檢流放大器為例對這項技術(shù)進(jìn)行探討,。

引言
檢流放大器是廣泛用于電子設(shè)備實時監(jiān)測負(fù)載電流的成熟IC。系統(tǒng)控制器根據(jù)負(fù)載信息進(jìn)行電源管理運算,，以更改負(fù)載電流本身的特性,，并可提供靈活的過流保護(hù)方案。

檢流放大器在放大微弱的差分電壓的同時能夠抑制輸入共模電壓,，該功能類似于傳統(tǒng)的差分放大器,，但兩者有一個關(guān)鍵區(qū)別：對于檢流放大器而言，所允許的輸入共模電壓范圍可以超出電源電壓(VCC),。例如,，當(dāng)MAX4080檢流放大器工作在VCC = 5V時，能夠承受76V的輸入共模電壓,。采用獨立的放大器架構(gòu),，電流檢測放大器不會受電阻不匹配造成的共模抑制(CMRR)的影響。MAX4080具有100dB (最小值)的直流CMRR,，而基于傳統(tǒng)運放的差分放大器則受CMRR限制,，其有效輸入VOS通過信號鏈路是被放大,。

圖1. MAX4080高精度單向電流檢測放大器

通過校準(zhǔn)提高精度
MAX4080檢流放大器具有精密的輸入失調(diào)電壓(VOS)，25°C時最大值為±0.6mV,，在整個-40°C至+125°C溫度范圍內(nèi),，最大值為±1.2mV。但是,，許多應(yīng)用需要更高的電流測量精度,，因此需要對輸入VOS做進(jìn)一步校準(zhǔn)。這種校準(zhǔn)通過在生產(chǎn)過程中測量VOS并將結(jié)果存儲在固件中實現(xiàn),。利用所存儲的數(shù)據(jù),，當(dāng)設(shè)備在現(xiàn)場投入實際使用時，可以在數(shù)字域調(diào)整VOS,。

為便于生產(chǎn),，校準(zhǔn)的首選方案是：在負(fù)載電流為零(零輸入差分電壓)時測量VOS?？梢詼y量輸出VOS并在以后的測量數(shù)據(jù)中減去該電壓,。不幸的是這種方法存在一個缺點，由于VOL (最低輸出電壓)和輸入VOS相互影響,，輸出電壓可能無法精確地反映輸入VOS,。所有單電源供電放大器均存在這一問題。

以增益為20的MAX4080T為例,，并假設(shè)輸入VOS為零,，此時放大器輸出的測量值應(yīng)該為零。而實際情況是：即使在零輸入差分電壓下,，放大器也不能保證輸出電壓低于15mV (10µA吸電流),。如果直接把測量到輸出電壓用于VOS校準(zhǔn)，放大器的輸入VOS為0.75mV (15mV/20 = 0.75mV),。

同樣,，如果MAX4080T具有VOL = 0，則正電壓輸入VOS應(yīng)該產(chǎn)生正的輸出VOS,。而負(fù)電壓輸入VOS則不會“反映到”輸出端,，因為放大器不能產(chǎn)生低于地電位的輸出電壓。這樣,，在零輸入差分電壓下,，不能通過“直接”測量輸出電壓來校準(zhǔn)輸入VOS。

生產(chǎn)過程中,，有兩種方法校準(zhǔn)VOS：

雙向檢流放大器具有內(nèi)部基準(zhǔn),，例如：MAX4081具有1.5V基準(zhǔn)，能夠?qū)⑤敵鰷y量電壓偏置在1.5V,，這樣,，輸入差分電壓為零時,，輸出為1.5V ±VOS，引入誤差,。1.5V電壓高于放大器的VOL，不會影響誤差分析,?？赏ㄟ^測量輸出電壓與1.5V理論電壓之差計算得到VOS誤差。但是,，這種方法有一個缺點：降低了動態(tài)范圍,。對于0至5V輸入動態(tài)范圍的ADC器件，動態(tài)范圍降低了30%,，輸出范圍為1.5V至5V,。另外，這種方法需要使用價格較高的雙向檢流放大器,，用于單向測量,。最后，利用一個低漂移1.5V基準(zhǔn)或額外的一個通道的目的只是為了測量該1.5V基準(zhǔn)電壓,，設(shè)計人員很難接受這種方案,。

兩點測量法對檢流放大器施加兩個已知的差分輸入電壓(負(fù)載電流)。首先,，基于測量電壓,，利用直線逼近法在圖表上外推出零檢流電壓對應(yīng)的輸入VOS。然后,，利用電壓測量值進(jìn)行校準(zhǔn),。這種方法的缺點是：需要提供兩個“已知”的精密電流值，生產(chǎn)中很難得到這樣的電流,，同時還增加了測試時間,。最后，需要注意的是：對于接近零的差分輸入電壓,，很難得到精確的測量值,，因為在極小的檢測電壓下，VOL限制會產(chǎn)生誤差,。
利用輸入電阻調(diào)整輸入VOS
本應(yīng)用筆記介紹了第三種檢流放大器輸入VOS的測量方法,。同樣以MAX4080為例，作用一個零輸入差分電壓,，能夠抵消VOL與VOS間的相互影響—可以方便地用于生產(chǎn)線測試,。

所有的檢流放大器都具有輸入偏置電流，必須慎重使用輸入電阻(例如,，作為輸入濾波器的一部分),，因為電阻會引入不確定的增益和失調(diào)誤差,。應(yīng)用筆記3888：“帶有輸入串聯(lián)電阻的電流檢測放大器的性能”討論了上述問題。本文采用類似技術(shù),，但特意選擇不匹配的輸入電阻,，以引入額外的輸出VOS。MAX4080的偏置電流可進(jìn)行溫度補(bǔ)償,，整個工作范圍內(nèi)偏置電流為5µA (典型值)和12µA (最大值),。在RS-串聯(lián)一個2kΩ電阻(圖2)，以產(chǎn)生典型值和最大值分別為10mV和24mV的輸入VOS,。所引入的VOS產(chǎn)生相應(yīng)的輸出失調(diào)范圍為200mV (典型值)和480mV (最大值),，足以克服MAX4080 VOL和VOS的限制。輸入電阻引入的誤差VOS與溫度有關(guān),，取決于輸入電阻的溫漂特性(通常為100ppm)和偏置電流(忽略不計),。

圖2. MAX4080配置中在RS-端串聯(lián)了一個外部2kΩ電阻

在100°C溫度變化范圍內(nèi)，+100ppm電阻溫漂特性將產(chǎn)生+1%的阻值變化(即+20Ω),。這樣,，輸入電阻產(chǎn)生的附加輸入VOS漂移典型值約為+0.1mV，最大值為+0.24mV (整個偏置電流變化范圍內(nèi)),。而這一溫漂值在沒有進(jìn)行校準(zhǔn)的情況下僅占輸入VOS雙向誤差(±0.6mV)的20%,，在沒有校準(zhǔn)的情況下這是一個可以接受的結(jié)果。

進(jìn)一步減小串聯(lián)輸入電阻可減小漂移誤差,。假設(shè)整個溫度范圍內(nèi)具有15mV的VOL和±1.2mV的輸入VOS,，附加輸入VOS的最小值必須為1.2mV + 15mV/20 = 1.95mV ≈ 2mV。表1列舉了整個溫度范圍內(nèi)的測試結(jié)果,。MAX4080忽略了測試放大器本身的VOS溫漂,，測量到的VOS溫漂由輸入電阻和其ppm溫漂產(chǎn)生。

表1. 帶有輸入電阻和不帶輸入電阻情況下的溫度測試結(jié)果

結(jié)論

本應(yīng)用筆記介紹了一種校準(zhǔn)輸入失調(diào)的方法,，該方法通過適當(dāng)調(diào)整輸入電阻在檢流放大器MAX4080中引入一個已知的輸入VOS,。設(shè)備制造商可以在生產(chǎn)過程中利用這種方法校準(zhǔn)零輸入電流下的VOS，提高實時測量精度,。