為什么要選擇CSA？CSA和INA的區(qū)別是什么？CSA如何影響我們的系統(tǒng)？

為什么我們要選擇CSA

在電路系統(tǒng)中，電流采樣如果按共模電壓去分，那么電流采樣分兩種，

1.高位電流采樣

2.低位電流采樣

高位電流采樣一般是Rshunt串在非地的輸出上，低位電流采樣是Rshunt接在地上面，在電源系統(tǒng)中若是輸出要直接并聯(lián)要選擇高位電流采樣，低位采樣不能將輸出直接并聯(lián)，如下圖

圖1：高位采樣和低位采樣

使用低位采樣的時(shí)候經(jīng)常有直接使用OPA去構(gòu)建的，通常使用較低Vos的opa去構(gòu)建，如opz30這樣的運(yùn)放，如下圖所示

圖2:opz30參數(shù)

Opz30其自身的offset比較小，適合放大比較小的信號(hào)。

Example1：

Input voltage=0.1mV

Opz30 gain=100

Output voltage=(input voltage +Vos)*gain

因?yàn)閂os會(huì)被一起放大，所以小信號(hào)的放大Vos至關(guān)重要！

在信號(hào)比較小的時(shí)候，Vos會(huì)占輸出誤差比較大的比較重，若是信號(hào)比較大，那么輸出的Gain error就會(huì)占比較大的比重。

使用外部電路構(gòu)建電阻匹配是比較麻煩的事情，即使是0.1%的電阻最大誤差可能約0.2%

圖3：LTspice仿真圖

仿真代碼如下

使用csa23做為電流采集時(shí)候他的Gain error僅為0.02%如下圖所示

圖4:csa2302 數(shù)據(jù)表

在使用低位電流采樣時(shí)候分立器件會(huì)遇到這些問(wèn)題，高位電流采樣也同樣會(huì)遇到，但是在做高位電流采樣時(shí)候電阻不匹配還會(huì)大大降低cmrr，我們看下圖

圖5:仿真cmrr1Vout約2.0072V. Vcm=5V

圖6:仿真cmrr2 Vout約2.0020V Vcm=0V

關(guān)于cmrr的定義就是?vcm/?vout=cmrr

那么我們粗略的計(jì)算下

約等于1000倍，也就是60db左右，那么csa2302的cmrr又是多少我們?cè)偃タ纯词謨?cè)

圖7:csa2302 cmrr

155db,將db換算回去，就是155/20=7.75，那么10^7.75相當(dāng)牛逼，雖然這是帶Gain情況下的。

小結(jié)：

因?yàn)関os，gain error，cmrr 的原因。我們電流采樣時(shí)候選擇csa更加合適。若是非要使用普通放大器去采集電流建議選擇opz30這樣的運(yùn)放

CSA和INA的區(qū)別是什么

INA的GAIN大多是可控的，引腳排列順序一般是1-8腳為GAIN設(shè)置電阻，或者是2-3腳為GAIN設(shè)置電阻。

CSA的GAIN大多是固定的，通常的檔位有10倍 20倍 50倍100倍 200倍

INA的輸入阻抗更高，可以直接接高阻輸出的傳感器，CSA相對(duì)來(lái)說(shuō)輸入阻抗要低的多。例如INA可以直接作為ECG的輸入級(jí)。參考如下

圖8:AD620 做為ECG輸入端

圖9:AD620輸入阻抗

雖然INA有這樣那樣的好處，但是INA的共模輸入電壓一般不高，而CSA2302這樣的CSA他的共模電壓就會(huì)高許多。如下圖所示

圖10:CSA23共模輸入范圍

需要值得注意的一點(diǎn)是，不是所有CSA的共模電壓輸入范圍都可以到0V，在選用CSA的時(shí)候要注意其共模電壓輸入范圍。

當(dāng)我們使用INA或者CSA采集非常小的電流時(shí)候，放大器的ibias將會(huì)影響電流采樣精度。如下圖所示。

圖11:ibias圖

CSA如何影響我們的系統(tǒng)

在整個(gè)電路系統(tǒng)中CSA當(dāng)然是一個(gè)比較小的組件，我們只是盡可能的希望將電流采集的準(zhǔn)，以上我們已經(jīng)講了各個(gè)CSA的參數(shù)對(duì)輸出的影響，若是要消除這些影響我們要去怎么做。

1.可以校準(zhǔn)的是gain error和offset

2.約等于，不可以校準(zhǔn)的是cmrr和drift

Gain error就是直線的斜率，若是直線的斜率不是45°，那么我們可以給直線*一個(gè)k其等于45°，而offset則是b，直線不在原點(diǎn)我們就可以對(duì)其x軸做個(gè)偏移，最終得的直線公式就是y=kx+b

圖12:直線圖

分流電阻的選擇

在電流采樣電路中，分流電阻的選擇依據(jù)主要是其溫漂，和電阻自身的精度，還有電阻的功率，通常合金電阻都能到達(dá)比較高的功率。分流電阻選擇時(shí)候應(yīng)該考慮到adc的最大輸入范圍，最好把a(bǔ)dc的范圍給用滿，以此獲得更高的采樣精度。

Tips：電阻溫漂有的廠商寫的是TCR，有的廠商寫的是ppm

在電流檢測(cè)的場(chǎng)景中，許多電阻都是帶kelvin的引腳，防止由于布線不當(dāng)引起的額外誤差。參考電路如下所示。

圖13:電阻布線圖

電阻的腳上也是有阻抗的，若是采樣線在電阻的腳上，則電阻腳上的阻抗上面采集的電壓也會(huì)被采集進(jìn)去，在更高精密的場(chǎng)合需要注意的是，電阻上的金屬和PCB以及焊錫會(huì)形成熱電偶可能要進(jìn)行一些補(bǔ)償。

實(shí)際上在PCB上是什么樣子？我們一起看看

圖14:無(wú)kelvin電阻布線 來(lái)自isabell

若是布線走在電阻底下，誒就近似了開(kāi)爾文連接，連接點(diǎn)上沒(méi)有壓降導(dǎo)致的額外誤差。