下面我们回到电流分流示例,但这一次在 100V/V 增益下使用 INA326 器件,并且采用 5V 电源。假设我们要测量 1A 到 50A 之间的电流,我们选择一个 1mΩ 分流电阻器。这意味着我们将会看到最低 1A × 1mΩ × 100V/V = 100mV 输出。INA326 的摆幅至 GND 为 -VS + 0.02V,因此预期最小输出为 100mV 是可接受的。但是,在 50A 电流下,输出电压为 50A × 1mΩ × 100V/V = 5V。至轨摆幅规格为 +VS – 75mV,这是最坏情况,而 5V 超过了此规格。
那么,我们如何才能改进电路呢?
- 增加电源电压,在 5V 之上至少增加 75mV(因而,增加放大器的输出摆幅)。这在设计中通常是不可能的选择,原因是电源通常固定为一些常见的值,如 1.8V、2.5V、3.3V、5V 等。此外,还需要考虑电源的变化(最小值),必须始终超过 5.075V 才能确保线性运行。
- 降低增益。设置较低的增益值将导致较低的最大预期输出电压,从而使放大器保持在线性工作模式内,但会降低测量分辨率。
- 选择更小的分流电阻器。减小分流电阻的值会降低输入信号,随后降低输出信号。从 1mΩ 切换到 0.5mΩ 会使输出稳定保持在允许范围内,但会降低测量分辨率。
- 另选一个电源电压规格更合适的放大器。例如,INA823 的到正电源摆幅规格为 +VS – 150mV,因此,从 INA326 切换到 INA823 后,本身不会解决输出摆幅问题。但是,INA823 可以支持高达 36V 的电源电压,因此,如果将电源电压增加到下一个更高的可用轨,将会确保输出保持在放大器的线性范围内(该解决方案也适用于运算放大器)。