工程师设计分析:影响电流检测精确度的几种规
CMRR可影响电流检测解决方案的精确度。它是器件共模信号抑制能力的度量标准。这很重要,因为共模信号会以差动信号的形式出现在器件中,从而降低解决方案的精确度。
CMRR通常在产品说明书中以线性刻度(μV/V)或者对数刻度(dB)单位表明。如果单位是dB,则极端值为最小值。如果单位为μV/V,则极端值为最大值。
要想计算器件CMRR规范产生的误差,我们需要:产品说明书列出的极端CMRR规范、产品说明书规范表的共模电压测试条件(Vcm-pds)以及系统的共模电压(Vcm-sys)。
例如,假设系统共模电压为50V (Vcm-sys),并且分流器电压标称为 5mV。我们使用INA170计算误差,其极端CMRR规范为100dB (min),Vcm-pds=12V。
由于规范单位为dB,我们需要将其转换为线性刻度,如方程式4所示。
eq4
现在,我们来计算误差,如方程式5所示。
eq5
想要降低CMRR带来的误差贡献值,我们有两种方法:增加分流器电压,或者选择一个拥有更好CMRR性能的器件。改变Vcm-sys通常并非为一种可行的方法,因为具体应用决定了它的大小。
这样处理CMRR的目的是,让读者能够迅速和有效地理解其如何影响测量的精确度[1, 3, 4]。
电源抑制比
PSRR是电源电压变化引起Vos变化程度的一种测量方法。PSRR所产生误差的计算方法与CMRR类似。
要想计算器件PSRR规范所产生的误差,我们需要:产品说明书的极端PSRR规范、产品说明书规范表的电源电压测试条件(Vs-pds)以及在系统中为器件供电的电源电压(Vs-sys)。
例如,INA170的极端PSRR规范为10μV/V(最大),且Vs-pds=5V。如果器件实际电源电压为30V (Vs-sys),则PSRR所产生的误差可以利用方程式6计算得到。就前面的几个例子而言,我们假设分流器电压为5mV。
eq6
要想降低PSRR带来的误差贡献值,我们有两种方法可以使用:增加分流器电压,或者选择一个PSRR性能更高的器件。改变Vcm-sys通常并非为一种可行的方法,因为具体应用决定了它的大小。
本例中,PSRR单位已经指定为μV/V。如果该值单位指定为dB,则在使用方程式6以前必须将其转换为线性刻度。
其他误差
一些规范,例如:增益误差和分流电阻器容差等,通常会以百分比的形式出现。这使得精确度计算更加简单。
表1还列出了Vos漂移和变化。输入补偿电压漂移可测量温度变化带来的Vos变化。这种规范一般为:
但是,输入补偿电压变化则并不那么简单。输入补偿电压变化测量的是时间变化带来的Vos 变化情况。我们通常可以在产品说明书中看到这种规范,并且其仅为估计值。准确估计这种变化的一种方法是,知道10年内器件Vos的变化,不会大于器件的最大Vos规范。这种变化是器件初始Vos规范之外的变化。
综合计算
如前所述,综合误差的各个方面,便可知道系统的总体精度。只需将每一项相加,便得到极端误差,而以RSS方式将它们结合起来就得到一个更加准确的结果。
就本文所列举的Vos、CMRR和PSRR例子而言,极端精确度为67.4%,如方程式7所示。
eq7
使用RSS方式综合各个误差,得到更准确的精确度为78.03%,如方程式8所示。
eq8
总结
本文介绍了电流检测精确度概念,它与Vos、CMRR和PSRR等规范有关。文中所举例子,说明了在某个具体应用中如何计算这些规范所产生的误差。另外,我们还简单介绍了如增益误差、分流器容差和Vos漂移与变化等其他误差。
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