AD8206(見圖4)是一款集成的高壓差動放大器,通過內(nèi)置輸入電阻網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑤斎腚妷合魅踔?/16.7,，可承受高達65V的共模電壓,，以使共模電壓保持在放大器A1的輸入電壓范圍內(nèi)。但是,，其內(nèi)部的輸入電阻網(wǎng)絡(luò)也會使差分信號以同樣比例衰減,。為了實現(xiàn)AD8206的20V/V增益，放大器A1與A2必須將差分信號放大約334V/V,。

　　這個器件通過將輸出放大器偏置到電源范圍內(nèi)的適當(dāng)電壓,，來實現(xiàn)雙向輸入測量。電阻分壓網(wǎng)絡(luò)與放大器A2同向輸入端連接,，外部低阻抗電壓施加到精密配置的電阻分壓網(wǎng)絡(luò),，來實現(xiàn)偏置。AD8206的一個優(yōu)異特性是：當(dāng)共模電壓為-2V（相當(dāng)于250mV的共模偏置電路,，如圖4所示）時,，它能夠正確地放大差分輸入電壓。

　　AD8210(圖5)是最近推出的一款高壓電流檢測放大器,，功能與AD8210一樣,，并且引腳兼容。但是,，AD8210的工作方式與差動放大器不同,其性能指標(biāo)也不同,。

圖5 AD8210功能示意圖

　　一個明顯的區(qū)別是輸入結(jié)構(gòu)不依靠電阻分壓網(wǎng)絡(luò)來處理高共模電壓。輸入放大器包括一個采用XFCB IC制作工藝制造的高壓晶體管,，由于此類晶體管的VCE擊穿電壓超過65V,，因此輸入端的共模電壓可以高達65V,。

　　電流檢測放大器如AD8210，采用如下方式放大小差分輸入電壓,。輸入端通過R1和R2與差動放大器相連,。利用晶體管Q1和Q2，可以調(diào)整流過R1和R2的電流,，從而使放大器A1輸入端的電壓為零,。當(dāng)AD8210的輸入信號為0V時，R1和R2中的電流相等,。當(dāng)差分信號非零時,，其中一個電阻的電流增加，而另外一個電阻的電流下降,。電流差與輸入信號大小成比例,，極性相同。流過Q1和Q2的差分電流由兩個精密調(diào)整的電阻轉(zhuǎn)換成以地為參考的差分電壓,。接著,，放大器A2利用低壓晶體管——由其5V(典型值)電源供電——對該電壓進行放大，實現(xiàn)最終輸出增益達到20,。

　　通常,，只有輸入共模電壓保持在2V或3V以上時，這種架構(gòu)的電流檢測放大器才有用,。不過,，AD8210內(nèi)部的上拉電路能使放大器A1的輸入保持在5 V電源附近。因此,，在共模電壓以及器件的5V電源電壓以下時,，可以實現(xiàn)精確的差分輸入電壓測量。

　　顯而易見,，雖然電流檢測放大器和差動放大器工作方式不同,，卻履行同樣的功能。差動放大器將高輸入電壓衰減,，使信號達到放大器可以接受的電平,。電流檢測放大器將差分輸入電壓轉(zhuǎn)換為電流，然后再轉(zhuǎn)換至以地為參考的電壓,；其輸入放大器因采用高壓制作工藝,，能承受高共模電壓。毫無疑問,，兩個架構(gòu)的不同將導(dǎo)致其性能差異,，設(shè)計工程師在選擇高端電流檢測解決方案時必須考慮這些性能差異。通常,，廠商的數(shù)據(jù)手冊已提供了大部分信息,，可根據(jù)精度、速度,、功耗及其他參數(shù)對器件的類型做出正確判斷,。然后，器件架構(gòu)內(nèi)在的某些重大差異是無法在數(shù)據(jù)手冊中立刻發(fā)現(xiàn)的,，但這些也是非常重要的設(shè)計考慮事宜,。下面給出了一些工程師在實現(xiàn)最佳解決方案時必須考慮的關(guān)鍵點。

　　帶寬：由于輸入衰減,，許多差動放大器的帶寬通常為電流檢測放大器的1/5,。不過，差動放大器較窄的帶寬仍足以支持大多數(shù)應(yīng)用,。例如,，許多電磁閥控制應(yīng)用的工作頻率不足20kHz，而電機控制出于噪聲考慮,，通常必須在20kHz以上,。通常，電磁閥控制檢測平均電流,，差動放大器的帶寬非常適合這種應(yīng)用,。另一方面，對于電機控制來說,，瞬時電流非常關(guān)鍵,，尤其是測量電機相位時。因此,，具有較寬帶寬的電流檢測器架構(gòu)將更真實地反映實際電機電流,。

　　共模抑制（CMR）：這兩種架構(gòu)之間輸入結(jié)構(gòu)的差異還導(dǎo)致CMR性能的不同。差動放大器通常具有精密跟蹤精度高達0.01%的輸入電阻,。在直流電壓時,，這種匹配程度通常確保了80dB CMR。而電流檢測放大器因其晶體管輸入結(jié)構(gòu),，可以獲得更佳的匹配,，因此其CMR不再取決于輸入電阻的匹配，通?？梢赃_到100dB以上,，除非共模電壓較低。例如,，AD8210在輸入共模電壓低于5V時,，能提供的CMR值與差動放大器一樣，為80dB,。在這個電壓范圍下,，由于其內(nèi)部存在著上拉電路,，輸入結(jié)構(gòu)具有電阻性，CMR值與0.01%精密電阻匹配性相關(guān),。在整個范圍內(nèi),，電流檢測結(jié)構(gòu)將提供更好的共模抑制。

　　外部輸入濾波影響：如果在高端電流檢測應(yīng)用中使用外部濾波,，架構(gòu)影響非常大,。輸入濾波器的目的是平滑輸入噪聲和電流尖峰，結(jié)構(gòu)通常如圖6所示,。

圖6 輸入濾波器

　　差動放大器的輸入阻抗大于100kΩ,。對于AD8206，Rin=200kΩ,，如果使用  200Ω濾波器電阻,，額外增益誤差將在  0.1%以內(nèi)。假設(shè)電阻的公差是1%,，這些外部元件帶來的共模誤差將達-94dB,，但可以忽略不計。

　　雖然電流檢測放大器具有高得多的共模輸入阻抗,，為了將差分輸入電壓轉(zhuǎn)換為電流,，其串行輸入電阻通常低于 5kΩ。對于AD8210來說,，差分輸入阻抗Rin=3.5kΩ,，在這種情況下，濾波電阻帶來的附加增益誤差可能高達5.4%,！同時,，假設(shè)外部電阻失配的最差情況，CMR能下降到59dB,。對于最大整體誤差低于2%的器件性能來說,，這是非常大的影響。

　　因此,，在電流檢測架構(gòu)中引入輸入濾波器要非常謹(jǐn)慎,。當(dāng)內(nèi)置電阻在5kΩ以下時，應(yīng)當(dāng)使用阻值低于10Ω的濾波器電阻,，這將確保電流檢測放大器的原始高精度,。差動放大器可采用的輸入濾波電阻阻值范圍較寬，因為其內(nèi)部的高阻值輸入電阻網(wǎng)絡(luò)受外部失配的影響較小,。

　　輸入過驅(qū)動：在高端電流檢測應(yīng)用中,，設(shè)計工程師必須認(rèn)真考慮可能使放大器工作在指定范圍以外的潛在事件。在典型應(yīng)用中,，雖然流經(jīng)取樣電阻的負(fù)載電流僅數(shù)百毫伏,，但放大器的輸入結(jié)構(gòu)不同,，在輸入電壓為若干伏特的故障情況下，器件是否還能正常工作,？在這種情況下,，差動放大器架構(gòu)具有更強的魯棒性，一旦系統(tǒng)次序后退,，更可能繼續(xù)如期地履行功能。輸入電阻網(wǎng)絡(luò)可以簡單的將電流流向接地端,；在65V時,，AD8206的輸入端阻抗是200kΩ，則流向接地端的電流是325μA,。

　　如果使用電流檢測放大器架構(gòu),，設(shè)計人員必須考慮這種潛在問題。在第一個例子情況下,，當(dāng)輸入電壓大幅擺動時,，像AD8210這樣的放大器是無法正常工作的。這種類型的放大器輸入端通常包含靜電放電（ESD）保護二極管,。利用大于0.7V的壓差,，可以使這個二極管正偏。這個二極管的實際斷點是變化的,，但大的差分電壓（如來自汽車電源）,，通常會給放大器帶來損害。

　　負(fù)壓保護：在許多情況下,，必須保護電流檢測器免受反向電源電壓的損壞,，尤其是在汽車應(yīng)用中。差動放大器的電阻橋輸入可能是重要因素,。不過,，設(shè)計工程師必須核對器件的絕對額定值，以確保輸入ESD二極管僅在較大負(fù)壓下導(dǎo)通,。

　　不過,，在這種情況下，電流檢測架構(gòu)并不是最優(yōu)的,，因為輸入放大器及其相應(yīng)的輸入晶體管將直接與大的負(fù)壓相連,。因為輸入信號不應(yīng)當(dāng)受大的輸入負(fù)直流電壓的影響，因此,，電流檢測放大器的輸入ESD二極管通常設(shè)計成僅在指定輸入電壓范圍的低端以外導(dǎo)通,。

　　除了直流負(fù)壓，這種電流檢測器還容易受到負(fù)的輸入瞬態(tài)負(fù)流的影響,。在PWM系統(tǒng)中這是一種常見情況,，其中電流取樣檢測器隨著內(nèi)部FET開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷,，其輸入共模電壓從地到電源電壓之間擺動。同樣,，也必須認(rèn)真考慮最大絕對額定值,，這些值主要由放大器輸入ESD二極管決定。和以前一樣,，差動放大器受到高輸入電阻的保護,，從本質(zhì)上講是阻止負(fù)的瞬態(tài)電流進入。因此,，ESD二極管通常設(shè)計為能夠鉗位大的負(fù)電壓,。但是，當(dāng)采用電流檢測架構(gòu)時,，在每個短路瞬間,，負(fù)瞬態(tài)電流能啟動輸入ESD保護，而通常的設(shè)計是：當(dāng)輸入電壓接近放大器輸入共模額定值時,，啟動輸入ESD保護,。雖然這種大小的脈沖一般不會損壞AD8210放大器ESD單元，但這方面的性能因器件不同而異,。為了確保不會出現(xiàn)錯誤,，在實際系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)對這個參數(shù)進行測試。

　　輸入偏置電流：在電源管理非常重要以及必須考慮少量泄漏的應(yīng)用中,，兩種架構(gòu)中的不同輸入結(jié)構(gòu)都要求考慮輸入偏置電流,。例如，在電池電流檢測系統(tǒng)中,，兩個架構(gòu)都可以監(jiān)控高壓側(cè)電流,。不過，當(dāng)系統(tǒng)關(guān)斷且電流檢控器的電源關(guān)斷時,，雖然輸入仍然與電池相連,，差動放大器(如AD8206)內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)中的固有接地線路將需要偏置電流，以持續(xù)耗盡電池電流,。另一方面,，由于輸入共模阻抗非常高(AD8210輸入共模阻抗>5MΩ)，采用電流檢測架構(gòu)的放大器不會耗盡電池,，因為在輸入到接地的路徑中幾乎沒有電流,。

　　結(jié)論

　　在汽車、電信,、消費電子和工業(yè)應(yīng)用中,，高壓側(cè)電流檢測是一種廣泛的需求。現(xiàn)在市場上銷售的集成高壓差動放大器和電流檢測放大器都可以實現(xiàn)這種功能。根據(jù)應(yīng)用中的精度和性能要求,，系統(tǒng)工程師需要認(rèn)真考慮哪種類型的電流檢測器最適合其系統(tǒng),。

　　兩種類型的電流檢測器都可以工作，但不同架構(gòu)的優(yōu)勢卻取決于截然不同的指標(biāo)折中,。對于瞬態(tài)電流監(jiān)控,，寬帶寬的電流檢測放大器最適合，但差動放大器更適合監(jiān)控平均電流,。此外,，電流檢測放大器具有最小的輸入電源關(guān)斷偏置電流泄漏，因此非常適合對電流消耗敏感的電源管理應(yīng)用,。不過,，采用外部濾波器時，高壓側(cè)電流檢測放大器的輸入結(jié)構(gòu)可能限制性能并要求仔細(xì)檢查,，以確保在惡劣應(yīng)用環(huán)境使用時不超過絕對輸入額定值。