输入滤波器 - 高端电流检测:差动放大器vs.电流检测放大器

　　带宽：由于输入衰减，许多差动放大器的带宽通常为电流检测放大器的1/5。不过，差动放大器较窄的带宽仍足以支持大多数应用。例如，许多电磁阀控制应用的工作频率不足20 kHz，，而电机控制出于噪声考虑，通常必须在20 kHz以上。通常，电磁阀控制检测平均电流，差动放大器的带宽非常适合这种应用。另一方面，对于电机控制来说，瞬时电流非常关键，尤其是测量电机相位时，因此，具有较宽带宽的电流检测器架构将更真实地反映实际电机电流。

　　共模抑制（CMR）：这两种架构之间输入结构的差异还导致CMR性能的不同。差动放大器通常具有精密跟踪精度高达0.01%的输入电阻。在直流电压时，这种匹配程度通常确保80 dB CMR。而电流检测放大器因其晶体管输入结构，可以获得更佳的匹配，因此其CMR不再取决于输入电阻的匹配，通常可以达到100 dB以上，除非共模电压较低。例如， AD8210在输入共模电压低于5 V时，其能提供的CMR值与差动放大器一样，为80 dB。在这个电压范围下，由于其内部存在着上拉电路，输入结构具有电阻性，CMR值与0.01%精密电阻匹配性相关。在整个范围内，电流检测结构将提供更好的共模抑制。

　　外部输入滤波影响：如果在高端电流检测应用中使用外部滤波，架构影响非常大。输入滤波器的目的是平滑输入噪声和电流尖峰，结构通常如图6所示。

　　

　　图6. 输入滤波器

　　不管架构如何，每种放大器内部都有精密调整的输入电阻，任何附加的外部串联电阻都产生失配，从而带来增益误差和CMR误差，其计算公式如下（Rin是指定的放大器输入电阻）：

　　

　　差动放大器的输入阻抗大于100 KΩ。对于AD8206，Rin = 200 kΩ，如果使用200Ω滤波器电阻，额外增益误差将在0.1%以内。假设电阻的公差是1%，这些外部元件带来的共模误差将达–94 dB，但可以忽略不计，因为会淹没在80dB的CMR中。

　　虽然电流检测放大器具有高得多的共模输入阻抗，为了将差分输入电压转换为电流，其串行输入电阻通常低于5 kΩ。对于AD8210来说，差分输入阻抗Rin = 3.5 kΩ，需对上述公式进行重新计算。在这种情况下，滤波电阻带来的附加增益误差可能高达5.4%！同时，假设外部电阻失配的最差情况，CMR能下降到59 dB。对于最大整体误差低于2%的器件性能来说，这是非常大的影响。

　　因此，在电流检测架构中引入输入滤波器要非常谨慎。当内置电阻在5 kΩ以下时，应当使用阻值低于10 Ω的滤波器电阻，这将确保电流检测放大器的原始高精度。如上所示，差动放大器可采用的输入滤波电阻阻值范围较宽，因为其内部的高阻值输入电阻网络受外部失配的影响较小。

　　输入过驱动：在高端电流检测应用中，设计工程师必须认真考虑可能使放大器工作在指定范围以外的潜在事件。在典型应用中，虽然流经取样电阻的负载电流仅数百毫伏，但放大器的输入结构不同，在输入电压为若干伏特的故障情况下，器件是否还能正常工作？在这种情况下，差动放大器架构具有更强的鲁棒性，一旦系统次序后退，更可能继续如期地履行功能。输入电阻网络可以简单的将电流流向接地端；在65 V时，AD8206的输入端阻抗是200 kΩ，则流向接地端的电流是325 µA。

　　如果使用电流检测放大器架构，设计人员必须考虑这种潜在问题。在第一个例子情况下，当输入电压大幅摆动时，像AD8210这样的放大器是无法正常工作的。这种类型的放大器输入端通常包含静电放电（ESD）保护二极管。利用大于0.7 V的电压差，可以对这个二极管进行正向偏压。这个二极管的实际断点是变化的，但大的差分电压（如来自汽车电源）由于过压，通常会给放大器带来损害。

　　负压保护：在许多情况下，必须保护电流检测器免受反向电源电压的损坏，尤其是在汽车应用中。差动放大器的电阻桥输入可能是重要因素。不过，设计工程师必须核对器件的绝对额定值，以确保输入ESD二极管仅在较大负压下导通。