只要仔细考虑放大器的电气特性以保持线性运行，设计高侧电流监控电路就很简单。在配置系统时，还必须考虑其他特性，例如电流监控器级之后的模数转换器 (ADC) 的输入电压范围。

图 7-4 采用增益级的高侧电流检测

例如，考虑设计一个 TLVx888 高侧电流监控器，该监控器的输出电压范围设置为与满量程输入范围为 0V 至 5V 的 ADC 输入兼容。尽管 TLVx888 被指定为轨到轨输出放大器，但线性输出工作范围（正如所有放大器）不会一直扩展到电源轨。必须考虑该线性工作范围。

在此设计示例中，TLVx888 由±15V 供电；因此，该器件能够轻松提供 0V 至 5V 的摆幅；如果 ADC 具有更宽的输入范围，甚至可以提供更大的摆幅。

运算放大器线性输出电压范围的最佳测量源于《电气特性》表中列出的开环电压增益 (A_OL) 规格。A_OL 测试条件指定了从每个电源轨到 600mV 的线性摆幅范围 (R_L = 10kΩ)。

本例中使用了 100mA 的额定负载电流 (I_L)。然而，在大多数应用中，监控远低于 100mA 的电流电平的功能很有用。

电流检测电阻器 R_S 的选择归结为最大电流下可以承受的压降大小，以及允许的功率损耗或耗散。100mA 检测应用的一个良好折衷方案是100mΩ 的 R_S。该值会导致 1mW 的功率耗散，以及 100mA 时的 10mV 压降。

接下来，确定 TLVx888 差分放大器电路的增益。流经 100mΩ 检测电阻器的 100mA 最大电流在电阻器上产生 100mV 电压。差分放大器的增益受所需输入共模电压的限制。例如，1/2 的增益会提供电路所见的高侧电压的 1/3 衰减。此衰减足以将输入共模保持在 TLVx888 的范围内，即 (V+) − 1.7V。

在 TLVx888 差分放大器电路输入端施加的差分电压会由差分放大器进行衰减，并且需要一个增益级来确保适当调节。方便起见，可以使用 TLV2888 的第二个通道。超低偏移电压和宽带宽可实现非常高的增益配置。在此示例中，1000V/V 的增益为 0V 至 5V 输出提供了必要的调节。

TLVx888 输出电压特意限制为 5V。但是，由于电源电压为 ±15V，输出电压可能会高得多，以支持具有更宽动态范围的更高电压数据转换器。

TLVx888 输出以及其他 CMOS 输出放大器的摆幅通常会接近 0V（在单电源配置中），而不是线性输出参数建议的值。电压输出摆幅 V_O（请参阅《电气特性》表）并不表示线性输出范围，而是表示输出可以向电源轨移动的接近程度。在该区域中，放大器输出接近饱和，并且放大器停止线性工作。因此，在电流监视器应用中，电流测量能力可以继续远低于 600mV 输出电平。不过，请记住，线性误差会变得很大。

最后，以下是关于尽可能提升高侧电流监控器性能的一些注意事项：

1. 所有电阻值对于获得准确的增益结果都至关重要。尽可能匹配【R1 和 R3】与【R2 和 R4】的电阻器对，从而尽可能减少共模不匹配误差。使用容差为 0.1% 或更好的电阻器。通常，与随机选择相比，选择卷带上的两个相邻电阻器可以提供紧密匹配。RES21A 提供了更优雅的电路设计，其性能优于分立式 0.1% 电阻器。
2. 将差分放大器的闭环增益 G 设置为合理的值，以降低增益误差并更大限度地提高带宽。TLVx888 的高带宽可实现极高的增益配置。
3. 尽管通常会使用电流监控来监控直流电源电流，但也可以监控交流电流。需要特别注意电路的−3dB 截止频率。

有关基于放大器的高侧电流监控器的更多信息，请参阅 TI 模拟工程师电路设计指导手册：放大器。