安森美NCS21673/4系列電流檢測(cè)放大器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電流檢測(cè)是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)，它對(duì)于電源管理、系統(tǒng)監(jiān)控等方面起著關(guān)鍵作用。安森美的NCS21673和NCS21674系列電流檢測(cè)放大器，憑借其出色的性能和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來深入了解一下這一系列的產(chǎn)品。

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產(chǎn)品概述

NCS21673和NCS21674是一系列電流檢測(cè)放大器，提供20、50、100和200 V/V的增益選項(xiàng)。它們能夠在 -0.1 V至40 V的共模電壓下測(cè)量分流器兩端的電壓，且與電源電壓無關(guān)。這一特性使得它們能夠檢測(cè)快速瞬變電流，并且同一類型的器件可用于高端和低端電流檢測(cè)。該系列器件可在2.7 V至5.5 V的單電源下工作，-3 dB帶寬高達(dá)350 kHz，壓擺率典型值為2 V/μs，能夠確?？焖贆z測(cè)電流變化。它們提供TSOP - 5和Micro - 8封裝，雙版本在系統(tǒng)的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行電流檢測(cè)時(shí)，既節(jié)省空間又降低成本。

產(chǎn)品特性

寬共模輸入范圍

共模輸入范圍為 -0.1 V至40 V，這使得該系列放大器能夠適應(yīng)各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景，無論是在高電壓還是低電壓環(huán)境下都能穩(wěn)定工作。

低失調(diào)電壓和低失調(diào)漂移

低失調(diào)電壓和低失調(diào)漂移確保了測(cè)量的準(zhǔn)確性，減少了誤差，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

低電流消耗

每通道最大電流消耗為300 μA，這有助于降低系統(tǒng)的功耗，延長(zhǎng)電池壽命，對(duì)于一些對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用非常友好。

汽車級(jí)應(yīng)用

帶有NCV前綴的產(chǎn)品適用于汽車級(jí)1類應(yīng)用以及其他需要獨(dú)特場(chǎng)地和控制變更要求的應(yīng)用，并且通過了AEC - Q100認(rèn)證，具備PPAP能力，保證了在汽車等嚴(yán)苛環(huán)境下的可靠性。

環(huán)保特性

這些器件無鉛、無鹵素/無溴化阻燃劑，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，符合現(xiàn)代環(huán)保要求。

引腳功能與參數(shù)

引腳功能

最大額定值

了解器件的最大額定值對(duì)于正確使用和保護(hù)器件至關(guān)重要。例如，電源電壓范圍為 -0.3 V至5.5 V，模擬輸入電壓范圍為 -0.3 V至 +42 V等。超過這些額定值可能會(huì)損壞器件，影響其功能和可靠性。

熱特性

不同封裝的熱阻不同，如TSOP - 5/SOT23 - 5封裝的熱阻為208 °C/W，Micro8 / MSOP - 8封裝的熱阻為162 °C/W。在設(shè)計(jì)散熱方案時(shí)，需要考慮這些熱特性，以確保器件在合適的溫度范圍內(nèi)工作。

推薦工作范圍

推薦的工作溫度范圍因前綴不同而有所差異，NCS前綴的為 -40 °C至125 °C，NCV前綴的為 -40 °C至150 °C。共模輸入電壓范圍為 -0.1 V至40 V，電源電壓范圍為2.7 V至5.5 V。在這些范圍內(nèi)工作，能夠保證器件的正常功能和可靠性。

電氣特性

輸入特性

• 共模抑制比（CMRR）：在不同增益和輸入電壓條件下，CMRR表現(xiàn)良好，例如在某些條件下可達(dá)100 dB以上，這有助于抑制共模干擾，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。
• 輸入失調(diào)電壓：在不同增益和溫度條件下，輸入失調(diào)電壓的范圍有所不同，一般在 ±100 μV至 ±850 μV之間。低輸入失調(diào)電壓能夠減少測(cè)量誤差。
• 輸入失調(diào)電壓漂移：在 -40 °C至 +125 °C的溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓漂移較小，如NCS21673的典型值為 ±0.1 μV/°C，這保證了在不同溫度環(huán)境下的測(cè)量穩(wěn)定性。
• 電源抑制比（PSRR）：在2.7 V至5.5 V的電源電壓范圍內(nèi)，PSRR表現(xiàn)良好，能夠有效抑制電源波動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響。

輸出特性

• 增益：提供20、50、100和200 V/V的增益選項(xiàng)，能夠滿足不同的測(cè)量需求。
• 增益誤差：在25 °C時(shí)，增益誤差典型值為 ±0.1%，在 -40 °C至 +125 °C的溫度范圍內(nèi)，增益誤差最大為 ±0.4%。
• 增益誤差隨溫度變化：在 -40 °C至 +125 °C的溫度范圍內(nèi)，增益誤差隨溫度的變化率為 ±1.5 ppm/°C至 ±20 ppm/°C。
• 非線性誤差：非線性誤差典型值為 ±0.01%，保證了輸出信號(hào)的線性度。
• 最大容性負(fù)載：最大容性負(fù)載為1 nF，在設(shè)計(jì)輸出電路時(shí)需要考慮負(fù)載電容的影響。
• 建立時(shí)間：建立到1%的時(shí)間為5 μs，能夠快速響應(yīng)電流變化。

頻率響應(yīng)

• 帶寬（f - 3dB）：不同增益下的帶寬不同，如增益為20時(shí)，帶寬為409 kHz，增益為200時(shí)，帶寬為150 kHz。
• 壓擺率：壓擺率典型值為2 V/μs，能夠快速跟蹤輸入信號(hào)的變化。

噪聲特性

電壓噪聲密度在1 kHz、增益為100時(shí)典型值為25 nV/√Hz，低噪聲特性有助于提高測(cè)量的精度。

電源特性

每通道的靜態(tài)電流在25 °C時(shí)典型值為195 μA，在 -40 °C至 +125 °C的溫度范圍內(nèi)最大為300 μA，低靜態(tài)電流有助于降低功耗。

典型特性

文檔中給出了大量的典型特性曲線，如輸入失調(diào)電壓分布、共模抑制比分布、增益誤差分布等。這些曲線能夠幫助工程師更好地了解器件在不同條件下的性能表現(xiàn)，從而在設(shè)計(jì)中做出更合理的選擇。

應(yīng)用信息

電流檢測(cè)技術(shù)

該系列放大器可用于高端和低端電流檢測(cè)，在單向電流檢測(cè)中，負(fù)載電流始終沿同一方向流動(dòng)，適用于電源和負(fù)載電流監(jiān)測(cè)等應(yīng)用。在這種配置下，IN + 引腳應(yīng)連接到檢測(cè)電阻的高端，IN - 引腳應(yīng)連接到檢測(cè)電阻的低端。

輸入濾波

隨著分流電阻值的減小，分流電感會(huì)顯著影響頻率響應(yīng)。當(dāng)電阻值低于1 mΩ時(shí)，分流電感會(huì)在傳遞函數(shù)中產(chǎn)生零點(diǎn)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)折頻率出現(xiàn)在低100 kHz范圍內(nèi)。這會(huì)增加電流檢測(cè)線上高頻尖峰瞬態(tài)事件的幅度，可能會(huì)使任何分流電流檢測(cè)IC的前端過載。因此，需要在放大器的輸入端進(jìn)行外部濾波。理想情況下，選擇的電容應(yīng)與分流電阻及其電感的時(shí)間常數(shù)精確匹配，或者使電容提供的極點(diǎn)低于該點(diǎn)。同時(shí)，需要注意濾波電阻會(huì)影響放大器的整體增益和誤差，一般建議將濾波電阻控制在幾歐姆范圍內(nèi)，并相應(yīng)地選擇濾波電容。對(duì)于具有高交流頻譜含量的電流信號(hào)，建議在輸入級(jí)添加濾波，將信號(hào)帶寬限制在 <100 kHz，以避免零漂移架構(gòu)中的250 kHz采樣電路產(chǎn)生混疊效應(yīng)。

分流電阻選擇

電流測(cè)量的期望精度決定了電阻的精度、尺寸和阻值。阻值越大，測(cè)量精度越高，但也會(huì)導(dǎo)致更大的電流損耗。為了獲得最準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，建議使用四端電流檢測(cè)電阻，即采用開爾文檢測(cè)技術(shù)，確保檢測(cè)放大器測(cè)量的是電阻兩端的實(shí)際電壓，而不包括連接電阻。如果使用非開爾文分流器，應(yīng)遵循制造商的建議，緊密布置檢測(cè)走線。

增益選項(xiàng)

增益由集成的精密匹配電阻設(shè)置，提供20 V/V、50 V/V、100 V/V和200 V/V的增益選項(xiàng)。不建議添加外部電阻來調(diào)整增益，因?yàn)檫@會(huì)增加系統(tǒng)誤差。例如，串聯(lián)電阻的不匹配會(huì)增加整體增益誤差和溫度系數(shù)，降低共模抑制比；輸入偏置電流通過外部電阻會(huì)改變運(yùn)算放大器輸入端的差分電壓；內(nèi)部電阻雖然在比例上匹配良好，但絕對(duì)值公差較大，可能導(dǎo)致實(shí)際增益值與預(yù)期不符。

關(guān)斷功能

NCS21673/4系列本身不具備關(guān)斷功能，但可以使用簡(jiǎn)單的MOSFET、電源開關(guān)或邏輯門來切斷電源，消除靜態(tài)電流。需要注意的是，連接到分流電阻的輸入引腳始終會(huì)通過輸入和反饋電阻有電流流動(dòng)（每條支路的總電阻約為400 kΩ）。在未供電時(shí)，共模電壓會(huì)通過VIN - 端子饋通到輸出，與400 kΩ電阻形成分壓器。此時(shí)，輸出電壓Vout的計(jì)算公式為：[Vout =frac{ VIN_(Rload) }{400 K+( Rload )}] 為了使Vout在這種情況下保持在系統(tǒng)要求的范圍內(nèi)，應(yīng)添加接地負(fù)載電阻。

訂購(gòu)信息

該系列產(chǎn)品提供工業(yè)和消費(fèi)級(jí)以及汽車級(jí)兩種類型，不同類型的產(chǎn)品在通道數(shù)、封裝、增益等方面有多種選擇，并且提供了詳細(xì)的訂購(gòu)代碼和標(biāo)記信息。在訂購(gòu)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的產(chǎn)品。

總結(jié)

安森美的NCS21673和NCS21674系列電流檢測(cè)放大器具有寬共模輸入范圍、低失調(diào)電壓、低電流消耗等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體需求選擇合適的增益、分流電阻等參數(shù)，并注意輸入濾波、關(guān)斷功能等方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。通過合理的設(shè)計(jì)和使用，能夠充分發(fā)揮該系列產(chǎn)品的性能優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)的可靠性和測(cè)量精度。

各位工程師朋友們，在實(shí)際應(yīng)用中，你們是否遇到過類似電流檢測(cè)放大器的使用問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你們的經(jīng)驗(yàn)和見解。