與許多工程決策一樣，選擇使用什么電阻值是一種權(quán)衡。較高值的電阻器會產(chǎn)生較高的 IR 壓降和其端子上的電壓，從而簡化電壓檢測并提高 SNR。但是，它會降低可能流向負載的功率，并且這種耗散也會導致電阻器自熱，從而帶來漂移和可靠性問題。
用于測量負載電流的標準方法之一是在負載線中插入一個低阻值電阻器并檢測其兩端的電壓，圖 1，然后是歐姆定律的模擬或數(shù)字實現(xiàn)。
圖 1 (a) 電流檢測電阻器可以放置在電源軌和負載之間(高端)，或者 (b) 放置在負載和地之間(低端);高端傳感更難實現(xiàn)，但在許多情況下具有顯著的系統(tǒng)優(yōu)勢。
相比之下，低阻值電阻可以最大限度地減少這種下降，但會帶來精度和 SNR 問題。由于輸入電壓偏移和偏置電流以及它們隨后的溫度相關(guān)漂移，檢測放大器電路(幾乎總是為此類應(yīng)用設(shè)計的運算放大器)中的缺陷也會影響較低的電壓降 - 所有這些這可能會破壞超出允許公差的感測值。
一般來說，最好使用較小值的電阻器，其相關(guān)電壓降和功率損耗較低，總體上更好，但只能達到一定程度。一個起點指導原則是在最大電流下為大約 100 mV 壓降確定電阻器的大小。對于許多應(yīng)用，快速 V = IR 計算將電流檢測電阻值置于 1 到 10 毫歐之間。然而，在低壓應(yīng)用中，即使是適度的 100 mV 壓降和相關(guān)的耗散，也可能超出可接受的范圍。
近年來，用于讀取檢測電阻器兩端電壓的精密低壓運算放大器的出現(xiàn)使得使用亞毫歐電流檢測電阻器成為可能。這些運算放大器(例如德州儀器 TI INA185和 Analog Devices AD8417)具有超低電壓偏移和偏置電流以及低溫度系數(shù) (tempcos)，因此可以使用這種低歐姆電阻器。
然而，與幾乎每一次進步一樣，都有一系列新的考慮和擔憂。我看到了 TT Electronics 的業(yè)務(wù)開發(fā)工程師 Stephen Oxley 撰寫的一篇出色的應(yīng)用說明。他討論了如何克服使用這些低歐姆值電流檢測電阻器時固有的挑戰(zhàn)，圖 2。
圖 2 TT Electronics 的 LRMAP3920 系列表面貼裝電阻器的尺寸約為 5 × 10 mm，可提供 0.2 mΩ 至 3 mΩ 的值。
在他的篇幅相對適中且可讀性強的文章“克服使用亞毫歐 SMD 的挑戰(zhàn)”中，他解釋了使用這些電阻器與毫歐級電阻器不同的許多方式，以及它們?nèi)绾尾磺‘數(shù)貞?yīng)用，從而使其精度，一致性，甚至可信度都會受到影響。
應(yīng)用筆記提供了在使用亞毫歐檢測電阻時需要注意的三個方面：
· 如何以及為什么將這些亞毫歐芯片視為一個單獨的組件類別，而不僅僅是毫歐版本的低價值版本。
· 如何避免元件選擇和PCB布局設(shè)計過程中的陷阱。
· 在每個階段量化和最小化錯誤和變化的方法。
在眾多細節(jié)中，有與幾乎強制使用四線開爾文連接有關(guān)的問題，以及連接位置和方式的細微差異如何影響性能;預(yù)測和適應(yīng)由不同金屬結(jié)處的熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電壓差;整個傳感組件的電流路徑和電壓傳感回路;使用多個并聯(lián)電阻的不同方式來降低凈電阻或增加額定功率(圖 3);當然，還有不可避免的散熱問題。簡而言之：當我們的檢測電阻器本身為亞毫歐時，電阻器到電路的路徑和接觸電阻成為故事的重要組成部分。
圖 3即使是使用兩個并聯(lián)電阻的簡單原理，在使用超低阻值電阻時，也會在電流路徑方面帶來微妙的布局考慮。
我不會詳細總結(jié)這篇文章;你讀它更有意義。請注意，這篇文章幾乎完全是關(guān)于電阻器、材料、終端和電流路徑的，幾乎沒有提到相關(guān)的電子設(shè)備——這是另一個你必須計算錯誤預(yù)算的地方。
再一次，最初看起來是一個簡單而有益的選擇，實際上充滿了許多微妙之處以及錯誤應(yīng)用新組件的方法，從而否定了它可能提供的任何好處。畢竟，還有什么比檢測電阻和歐姆定律更基本的呢?
更糟糕的是，我們實際上可能會得到較差的結(jié)果而不知道它，并假設(shè)我們的讀數(shù)是準確且一致的，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)信號和數(shù)據(jù)具有誤導性。它再次證明了這樣一個事實，即任何說“這是一個簡單的轉(zhuǎn)換”或“一切都很好”的人要么是資深的、經(jīng)驗豐富的工程師，要么是專業(yè)知識的另一端。
我們是否曾經(jīng)將新的設(shè)計或組件選項視為一種改進的、有益的替代方案，但后來發(fā)現(xiàn)它也有令人驚訝的缺點?這些負面因素是你可以通過做更多的功課來預(yù)測和更好地評估的，還是故意或只是由于情況的復雜性而被埋得很深?
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