0 引言
    LT6107是凌力爾特公司(Linear Technology Corporation)推出的一款簡單小巧,、多功能高壓側(cè)電流檢測放大器,，是一種簡單易用的通用器件，具有高輸入電壓范圍,、高精度,、寬工作溫度范圍、低失調(diào)電壓,、低電源電流等特性,，是MP級器件，能夠應(yīng)用到自動裝置,、工業(yè)設(shè)施及電源管理等產(chǎn)品中,，可滿足汽車、軍事和工業(yè)以及其他嚴(yán)酷環(huán)境中的應(yīng)用需求,。
    LT6107的最大輸入偏置電流僅為40nA,，失調(diào)電壓僅有250μV，其增益可由兩只外部電阻調(diào)節(jié)設(shè)置,，精度高于1％,，輸入電壓范圍為2．7V～44V，能適應(yīng)-55℃～+150℃的工作環(huán)境,，工作電流僅為65μA,。
    LT6107具有很低的檢測電壓。當(dāng)VSENSE=0V時(shí),，輸出電壓永遠(yuǎn)為正,，流過輸出器件的靜態(tài)輸入失調(diào)電壓和較小的總量電流僅為0．7μA～1．2μA。

1 引腳功能
    圖1所示為LT6107的外形圖,，其引腳功能如下：

    OUT：電流輸出端,，該電流與外部檢測電阻上的電壓成正比,。
    V-：通常接GND。
    -IN：內(nèi)部檢測放大器使-IN端上的電平與+IN端的相同,，在V+和-IN端之間接電阻RIN可以設(shè)置輸出電流IOUT，IOUT=VSENSE／RIN,，其中的VSENSE為RSENSE上的檢測電壓,。
    +IN：通過一個(gè)電阻與系統(tǒng)負(fù)載端相連。
    V+：IC的正電壓供電端,，直接與檢測電阻相連,，供電電流通過此端驅(qū)動IC工作，若僅監(jiān)視系統(tǒng)負(fù)載電流,，可將V+接到檢測電阻的正端,；若監(jiān)視包含LT6107在內(nèi)的所有工作電流，需將V+接到檢測電阻的負(fù)端,。

2 基本原理
    LT6107是通過檢測外部檢測電阻上的電壓來實(shí)現(xiàn)對電流的監(jiān)視,。內(nèi)部電路首先將外部檢測電阻上的電壓轉(zhuǎn)變成輸出電流，再在一個(gè)高共模電壓上給出一個(gè)小的檢測信號,，并由它作為一個(gè)基準(zhǔn)地,。其低DC失調(diào)可以監(jiān)視很小的檢測電壓，僅需在電路中連接一個(gè)很小的電阻,，就可將功耗降至最低,。其內(nèi)部方框電路如圖2。

    內(nèi)部電流放大器環(huán)將-IN與+IN強(qiáng)拉到相同的電位,，在-IN和V+之間接一支外部電阻RIN,，這樣當(dāng)RIN的電位與RSENSE上的電位相同時(shí)，相應(yīng)的電流VSENSE／RIN將流過RIN,。檢測放大器的高輸入阻抗不會導(dǎo)通此電流,，而通過內(nèi)部的PNP管流向IOUT端。輸出電流傳輸經(jīng)由OUT端到達(dá)V-的電阻后,，轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柕絀C內(nèi),，其電壓為： VO=V-+IOUTXROUT，其增益值如表1所列,。

3 基本應(yīng)用
    LT6107通過對可調(diào)節(jié)檢測電流的設(shè)置來監(jiān)視電流,，其檢測電壓是經(jīng)可調(diào)增益放大得來的，而且是從正電源電壓到基準(zhǔn)地的線性變化的,。加入一個(gè)輸出濾波器,，其輸出信號也可以作為模擬信號使用。圖3所示為LT6107的一個(gè)基本應(yīng)用電路圖,。

4 硬件設(shè)計(jì)
4．1 外部電流檢測電阻的選擇
    外部檢測電阻RSENSE對電流檢測系統(tǒng)的功能有很大影響,，因此必須小心謹(jǐn)慎地選擇,。首先，要考慮電阻的功耗,。系統(tǒng)負(fù)載電流會引起發(fā)熱及RSENSE上的電壓損耗,，因此檢測電阻要盡可能地小，只需測出設(shè)備所需的動態(tài)范圍即可,。輸入動態(tài)范圍受LT6107初級側(cè)DC輸入失調(diào)電壓的限制,，在最大輸入信號和最小所測信號時(shí)的動態(tài)范圍是不同的。而且RSENSE必須足夠小到其VSENSE不能超過LT6107的最大輸入電壓,。比如,，最大檢測電壓為100mV，如果外部峰值負(fù)載電流為2A,，則RSENSE不能超過50mΩ,。
    一旦最大RSENSE值確定下來，最小RSENSE值可由其精度或所需動態(tài)范圍來決定,，其最小信號也受輸入失調(diào)電壓的限制,。例如LT6107失調(diào)電壓為150μV，若最小電流為20mA,，則檢測電阻為7．5mΩ,，其VSENSE就為150μv，即輸入失調(diào),。大的檢測電阻會減小由于失調(diào)造成的誤差,。當(dāng)RSENSE為50mΩ時(shí)，其動態(tài)范圍最大,，在峰值負(fù)載(2A)時(shí)具有100mV的檢測電壓及3mA的輸入失調(diào)負(fù)載電流誤差,，其功耗為200mW；當(dāng)檢測電阻為5mΩ時(shí),，其有效誤差為30mA,，此時(shí)的峰值檢測電壓(2A負(fù)載)為10mV，功耗僅20mW,。
    當(dāng)LT6107的失調(diào)電壓為典型值：150μV時(shí),，可以為最大150 mV的檢測電壓提供60dB的動態(tài)范圍，為最大0．5V的檢測電壓提供超過70dB的動態(tài)范圍,。這使得具有的低失調(diào)和相對較大的動態(tài)范圍特性的LT6107能夠適應(yīng)更寬泛的應(yīng)用場合,。
    為降低功耗，-IN到+IN之間的檢測電阻需采用凱爾文連接方法,。在流過大電流時(shí),，焊錫連接和PC板的互連會引起較大的測量誤差。10mmx 10mm平方的軌跡就有大約0.5mΩ的誤差,，而1mV的誤差相當(dāng)于2A電流流過此處,。因此,，需將檢測線與高電流的路徑隔離開來，以便減小誤差,，采用集成有檢測電阻的凱爾文連接也是行之有效的方法,，圖4是推薦的一種連接方法。

4．2 外部輸入電阻RIN的選擇
    當(dāng)系統(tǒng)所需的輸出電流為1mA時(shí),，必須選擇合適的RIN,。RIN的最大值為500Ω。RIN取決于IOUT=1mA時(shí)所對應(yīng)的最大檢測電壓,，可由此得出最大輸出動態(tài)范圍,。輸出動態(tài)范圍取決于最大允許輸出電流和最大允許輸出電壓,，可以將其作為最小實(shí)際的輸出信號,，如果該值低于所需的動態(tài)范圍，可通過增加RIN來減小最大輸出電流和功耗,。若系統(tǒng)有非常寬的動態(tài)范圍,，而又需要小的檢測電流，此時(shí)小RIN可帶來較大的電流,，電路也需用另外一種連接方法,，見圖5。用一支肖特基二極管與RSENSE并聯(lián),，會降低大電流設(shè)備的精度,，從而增加小電流的精度。

    值得注意的是,，在設(shè)計(jì)RIN時(shí),，特別是有較小的RIN值，PCB上所有串聯(lián)的電阻都會增加RIN的值,，從而引起更大的誤差,。
4．3 外部輸出電阻ROUT的選擇
    在選擇輸出電阻時(shí)，必須首先考慮最大輸出電壓,，如果隨后的電路中有輸入限制,，比如：緩沖器或ADC，則ROUT必須滿足IOUT(MAX)·ROUT低于電路的最大輸入范圍,。
    此外,，輸出阻抗由ROUT決定，若所驅(qū)動的電路有足夠的輸入阻抗,，那么輸出阻抗不受限制,。而若所驅(qū)動的電路的輸入阻抗較低，或ADC有電流尖刺,，則需低ROUT,，以確保其輸出精度,。比如，輸入阻抗是ROUT的100倍,，則VOUT的精度將減小1％,，如下：
   
4．4 誤差的考慮
    1)誤差源
    電流檢測系統(tǒng)使用一個(gè)放大器和幾個(gè)電阻來調(diào)節(jié)增益及電平位移。輸出取決于放大器的特性,，增益和輸入失調(diào)由電阻調(diào)節(jié),，電路輸出為：
   
    這種情況下的誤差僅來自電阻的失配，且僅在增益上有誤差,。當(dāng)然,，失調(diào)電壓及偏置電流也會引起其它誤差。
    2)輸出誤差
    由放大器DC失調(diào)電壓VOS導(dǎo)致的輸出誤差為：
   
    偏置電流流入內(nèi)部運(yùn)放的正輸入,，流入運(yùn)放的負(fù)輸入,，由偏置電流和導(dǎo)致的輸出誤差為：
   
    例如，當(dāng)IBIAS為60nA,，RIN是1K,，輸入?yún)⒖颊`差是60μV。注意,，RSENSE=RIN時(shí),，RSENSE上會產(chǎn)生電壓偏移，以消除,，和EOUT(IBIAS)=0mV帶來的誤差,。在多數(shù)應(yīng)用中，RSENSE<,，其偏置電流誤差也就會最大限度地減小了，見圖6的接法,。

    若LT6107放大器的失調(diào)電流IOS為6nA，60μV的誤差會減小到6μV,。
    上文所述的會使電路的動態(tài)范圍達(dá)到最大化,，若想簡化設(shè)計(jì)，也可不接,。
    3)由增益差異導(dǎo)致的輸出誤差
    LT6107在輸出電流為1mA時(shí),，其典型增益誤差為0．25％。增益誤差主要來自PNP輸出晶體管的有限增益,，這就使得在輸出負(fù)載ROUT上不會出現(xiàn)像RIN上一樣的小比率電流,。
4．5 功耗的考慮
    LT6107的功耗會使芯片溫度上升，可用結(jié)溫來反映流過器件的供電電流和輸出電流的大小。
   
   
    當(dāng)工作電壓到最高36V,，且最大輸出電流達(dá)到1mA時(shí),，總功耗為41mW，其結(jié)溫比環(huán)境溫度上升10℃,。
注意,，影響輸出的因素有許多，LT6107至少要有1mA的輸出,，還必須限制最大輸出電流,，因此所選的檢測電阻和必須合適，一旦輸入有故障,，外部會被鉗制,。
4．6 輸出濾波
    為簡化濾波器設(shè)計(jì)，這里將輸出電壓VOUT簡化為IOUTXZOUT,，因此只需適當(dāng)?shù)腪OUT就可設(shè)計(jì)出所需的濾波器,，用于任意電路。例如,，與ROUT并聯(lián)的一個(gè)電容就能產(chǎn)生低通響應(yīng),，減小不必要的輸出噪聲,，還能為充電設(shè)備提供穩(wěn)定的輸出,，驅(qū)動諸如MUX或ADC的開關(guān)電路。其輸出電容器與輸出電阻并聯(lián),，會在輸出響應(yīng)點(diǎn)生成f-3dB,，即：
   
4．7 供電連接
    V+端要接到檢測電阻的一側(cè)，并要滿足下列條件：+IN≤V+和-IN≤V+,。在正常工作條件下,，VSENSE不得超出500mV。另外還需考慮V+-(+IN)≤500mV,，參看圖7,，其反饋將會使-IN和+IN端的電壓等于VS-VSENSE。
    實(shí)際應(yīng)用中,，LT6107無法作反接保護(hù),，為了防止器件損壞，可以在回路中串接一支肖特基二極管,，也可在輸出串入電阻來保護(hù)輸出,，其電路分別如圖8和圖9所示。