无线电流检测

测量流过检测电阻的电流似乎很容易。放大电压，用ADC读取，现在您知道电流是多少了。但是，如果检测电阻本身位于与系统地非常不同的电压下，则会变得更加困难。典型的解决方案在模拟域或数字域中桥接了电压差。但这里有一种不同的方法 - 无线。

模拟电流检测IC是紧凑型解决方案，但它们可以承受的电压差受到半导体工艺的限制。很难找到额定电压超过 100V 的器件。如果检测电阻共模电压快速变化或摆动高于和低于系统地电位，这些电路通常会失去精度。

数字隔离技术（磁性或光学）体积更大，但工作时不会降低精度，通常可以承受数千伏的电压。这些电路需要一个隔离电源，但有时可以集成在隔离器组件中。如果检测电阻与主系统在物理上是分开的，则可能还需要铺设长电线或电缆。

无线电流检测电路克服了许多这些限制。通过允许整个电路随检测电阻的共模浮动，并通过无线方式传输测量数据，完全没有电压限制。检测电阻可以位于任何地方，无需铺设电缆。如果电路的功耗非常低，那么您甚至不需要隔离电源，而是可以使用小电池运行多年。

设计概述

电流检测电路基于 LTC2063 斩波稳定型运放，以放大一个检测电阻器两端的压降。微功耗SAR ADC AD7988对数值进行数字化，并通过SPI接口报告结果。LTP5901-IPM 是一种无线电模块，它不仅包含无线电，还包含自动形成基于 IP 的网状网络所需的网络固件。此外，LTP5901-IPM 还具有一个内置微处理器，用于读取 AD7988 ADC SPI 端口。LTC®3335 是一款低功率 DC/DC 电源，其可将电池电压转换为一个恒定输出电压。LTC3335 还包括一个库仑计数器，用于报告从电池抽取的累积电荷。

信号链

LTC®2063 是一款超低功率、斩波稳定型运放。该器件的最大电源电流为 2μA，特别适合于电池供电应用。由于失调电压小于10μV，因此甚至可以测量非常小的压降，而不会降低精度。图 2 示出了 LTC2063 配置为在一个 10mΩ 检测电阻器上对电压进行增益和电平转换。选择增益时，检测电阻处的±10mV满量程（对应于±1A电流）映射到输出端的近满量程范围，以1.5V为中心。该放大信号被馈入16位SAR ADC。选择AD7988是因为其极低的待机电流和良好的直流精度。在低采样速率下，ADC 在两次转换之间自动关断，在 10ksps 时平均电流消耗仅为 1μA。LT6656 对放大器、电平转换电阻器和 ADC 的基准输入进行偏置。LT6656 电压基准的消耗小于 1μA，并能以低压差驱动高达 5mA 的负载，因而即使在由 3.3V 系统电源供电时，也可轻松输出一个精准的 3V 电压。

该信号链中有三个大致相等的失调误差源，相对于±0mV满量程输入，总共贡献约5.10%。它们是LTC2063和AD7988的失调电压，以及电平转换电阻中的失配（建议使用0.1%电阻）。单点校准步骤可以在很大程度上消除这种偏移。增益误差通常由可用检测电阻器的不准确性决定，其精度往往低于 LT0 基准电压基准的 05.10%、6656ppm/°C 规格。

电源管理

LTC®3335 是一款具有集成库仑计数器的毫微功率降压-升压型转换器。该器件配置为从 3.3V 至 1.8V 的输入电源提供稳定的 5.5V 输出。这允许电路由例如两个碱性原电池供电。对于占空比无线应用，负载电流很容易在 1μA 至 20mA 范围内变化，具体取决于无线电是处于活动模式还是睡眠模式。LTC3335 在无负载条件下的静态电流仅为 680nA，当无线电和信号链处于休眠模式时，这使整个电路保持非常低的功率。尽管如此，LTC3335 仍可输出高达 50mA 的电流，从而在无线电发送 / 接收期间以及为各种信号链电路轻松提供足够的功率。

LTC3335 还具有一个方便的内置库仑计数器功能。切换时，它会跟踪从电池中吸取的总电量。可以使用 I 读取此信息2C接口，然后可以用作何时可能更换电池的预测因子。

无线网络

LTP5901-IPM 是一款完整的无线无线电模块，其中包括无线电收发器、嵌入式微处理器和 SmartMesh IP 网络软件。LTP5901-IPM 在此应用中执行两种功能：无线网络和内务管理微处理器。当多个 SmartMesh IP 微尘在网络管理器附近通电时，这些微尘会自动相互识别并形成无线网状网络。整个网络自动进行时间同步，这意味着每个无线电仅在非常短的特定时间间隔内通电。因此，每个节点不仅可以用作传感器信息源，还可以用作路由节点，将数据从其他节点中继到管理器。这创建了一个高度可靠、低功耗的网状网络，其中从每个节点到管理器的多条路径可用，即使所有节点（包括路由节点）都以非常低的功耗运行。

LTP5901-IPM 包括一个运行网络软件的 ARM Cortex-M3 微处理器内核。此外，用户可以编写应用程序固件来执行特定于用户应用程序的任务。在本例中，LTP5901-IPM 内部的微处理器读取电流测量 ADC （AD7988） 的 SPI 端口并读取 I2库仑计数器 （LTC3335） 的 C 端口。微处理器还可将斩波器运算放大器 （LTC2063） 置于停机模式，从而进一步将其电流消耗从 2μA 降低至 200nA。这为测量间隔极长的使用型号提供了额外的节能效果。

总功耗

整个应用电路的总功耗取决于各种因素，包括信号链读取的频率以及节点在网络中的配置方式。对于测量电路，每秒报告一次微尘的典型功耗小于5μA，而对于无线电，典型功耗为40μA，允许使用小型电池工作多年。

将凌力尔特和ADI公司的信号链、电源管理和无线网络产品相结合，可以设计出真正的无线电流检测电路。图 3 显示了一个实现示例。新型超低功耗 LTC2063 斩波运算放大器能够准确地读取检测电阻器两端的小压降。整个电路（包括微功率ADC和基准电压源）随检测电阻的共模浮动。毫微功率 LTC3335 开关稳压器可采用小型电池为电路供电多年，同时利用其内置库仑计数器报告累计电池使用情况。LTP5901-IPM 无线模块可管理整个应用，并自动连接到高度可靠的 SmartMesh IP 网络。

砷化镓：郭婷