電流檢測放大器是亞德諾半導體技術有限公司（AnalogDevices，Inc.）的其中一款專用放大器，用于存在大共模電壓的情況下放大較小的差分信號。電流檢測放大器的一個典型應用是放大分流電阻器上的電壓。ADI提供多種電流檢測放大器，其可在低至1.8V的電源電壓下工作，并可耐受高達600V的輸入共模電壓。

　　許多應用都采用分流電阻，其共模電壓與時間成函數關系。具有可變共模電壓的部分分流應用事例有：H橋電機驅動器、電磁閥控制器、DC-DC開關轉換器。在這些應用中，電流檢測放大器獲得的共模電壓以PWM方式變化，范圍為電池電壓到接地電壓。

　　理想的電流檢測放大器不會對輸入共模變化作出反應。但事實上，電流檢測放大器具有有限的共模抑制能力，通常在直流電下指定，數值約為100μV/V或80dB。

　　除了由直流共模抑制比（CMRR）引起的輸出誤差外，此外還存在交流共模抑制比以及放大器共模階躍響應相關的誤差。本應用筆記重點討論電流檢測放大器的共模階躍響應1。

　　共模階躍響應

　　理想情況下，無論輸入端實際值（即共模電壓）如何，電流檢測放大器均根據其輸入的差異產生輸出。然而，在實際使用中，放大器輸出可能會在其輸入的不同共模電平下發生改變。隨變化的共模輸入而改變的輸出稱為共模階躍響應。

　　在輸入共模電壓變化較大的應用中，放大器的共模階躍響應可能尤為重要；當放大器從輸入共模電壓的改變中恢復時，放大器輸出可能會由于新的共模電平導致產生新的失調而歸于無效。因此，放大器較長的建立時間（以及在此期間的較大誤差）可能會嚴重降低放大器的動態性能。

　　共模階躍響應測量

　　電流檢測放大器非常難以實現極快速、極精確的共模階躍響應它需要具有非常穩定而快速的源、完全屏蔽的連接器，以及正確設計的電路。該測量的基本功能框圖如圖1所示。

　　PWM輸入

　　采用波形發生器產生0Hz至100kHz的PWM信號頻率，并將其用作MOSFET驅動器的輸入信號。

　　MOSFET驅動器

　　該驅動器向MOSFET注入高電平電流以實現極高速開關性能，從而消除過多的熱耗散。驅動器提供的電流范圍為幾百mA甚至幾A。

　　MOSFET

　　驅動器輸出正電壓，因此采用N溝道功率MOSFET。這類MOSFET能耐受高達100V的電壓，上升和反向恢復時間典型值分別為35ns和115ns。此外，這些MOSFET還具有44mΩRON（足夠保持信號完整度），并可耗散高達130W的功率。這些MOSFET的輸出用作電流檢測放大器的共模輸入電壓（VCM）。

　　電流檢測放大器

　　電流檢測放大器可在大共模電壓存在的情況下放大較小的差分信號。本應用筆記中測試的電流檢測放大器具有高達80V共模電壓，采用5V的單電源供電。

　　共模階躍響應

　　電流檢測放大器輸出產生共模階躍響應波形。該響應可能在上升沿或下降沿表現為帶有正尖峰或負尖峰的波形，具體取決于起主要作用的是反相輸入還是同相輸入。

　　共模階躍響應測量的簡化原理圖如圖2所示。在本原理圖中，采用的電流檢測放大器為AD8210。

　　共模階躍響應結果

　　對分流電路中配置的多個亞德諾半導體電流檢測放大器進行評估，然后與競爭對手提供的最受歡迎的電流檢測放大器進行比較。AD8210是進行評估的第一款電流分流監測器，它是一種單電源雙向電流檢測放大器，可耐受?2V至+65V共模電壓。該器件的基準電壓引腳（VREF）用來調節輸出失調，固定增益為20。

　　此外，還評估了雙向差動放大器AD8207；該放大器配置為分流放大器。+5V電源時，它能耐受?4V至+65V共模電壓；+3.3V電源時，它能耐受?4V至+35V共模電壓。該器件還具有零漂移內核，可提供低于500nV/°C的典型失調漂移，以及低于10ppm/°C的典型增益漂移。它還具有20的固定增益。

　　另外，還評估了AD8418和AD8418A。這兩個電流檢測放大器具有零漂移內核，能在整個工作溫度范圍內實現0.1μV/°C典型失調漂移，共模電壓范圍為?2V至+70V。這兩款放大器完全符合汽車應用規范（包括電磁干擾（EMI）濾波器和專利電路），在脈沖寬度調制（PWM）類輸入共模電壓下具有高輸出精度。

　　圖3顯示+60V輸入共模電壓下，ADI各種電流檢測放大器與競爭對手產品的波形比較。

　　共模階躍響應測量技術

　　為了產生精確的電流檢測放大器共模階躍響應，應考慮連接、所用的元器件以及元器件位置。

　　連接

　　連接器引腳——比如電源、波形發生器、輸入/輸出、示波器探頭和其他接口連接器上的引腳——應盡可能靠近受測器件（DUT），避免在導線中引起噪聲和干擾。

　　接地連接應當只在一點處相交，稱為單點接地，從而避免由于系統中具有不同接地電位導致接地環路問題。

　　示波器探頭接地不使用鱷魚夾，而是采用探頭頂部接地（形狀像線圈）并將其插入探頭。如果探頭頂部不可用，則用固體導線或單股導線做成一個線圈，然后焊接到探測點旁邊（電流檢測放大器的輸入和輸出引腳），以便僅測量所需信號，消除可能導致干擾振鈴或尖峰的感應噪聲。

　　使用的元器件

　　應在電源處加入一個旁路電容，降低電路中的紋波電壓；不要將其視為理所當然。陶瓷電容能夠很好地完成這一工作，因為它們具有高穩定性、高效率以及低損耗。

　　由于本應用筆記中使用+60V輸入共模電壓，MOSFET驅動器的負載電阻應當具有較大的額定功率，以便耐受高電流。

　　MOSFET應當具有較短的反向恢復時間，以便最大限度地降低MOSFET二極管頻繁充放電造成的損耗。

　　元件放置

　　MOSFET驅動器電路由包括MOSFET在內的分立式器件組成，而電流檢測電路應當盡可能靠近MOSFET驅動器放置，以便最大限度地降低交流阻抗，避免長走線產生噪聲或干擾。

　　結論

　　經測試和驗證表明，ADI電流檢測放大器的過沖或欠沖不足700mV。競爭對手的產品過沖幾乎達到2V。就輸入共模電壓上升沿和下降沿來說，本應用筆記中描述的ADI電流檢測放大器相比競爭對手的產品可以更快地穩定下來。此外，這些放大器可抑制高達+60V的極高輸入共模電壓。由于相比競爭對手的產品具有這些優勢，ADI電流檢測放大器對于防止電路故障、防止電池過度放電以及保持某些系統的正常運行非常實用；這些系統有：電池監控器、功率調節器、電動汽車、發生器和電機控制。