亚毫欧电阻器带来电流检测优势

用于测量负载电流的标准方法之一是在负载线中插入一个低值电阻器并感测其两端的电压，图 1，然后是欧姆定律的模拟或数字实现。

图 1 (a) 电流检测电阻器可以放置在电源轨和负载之间（高侧），或 (b) 负载和地之间（低侧）；高端检测更难实施，但在许多情况下具有显着的系统优势。资料：Analog Devices

与许多工程决策一样，选择使用什么电阻值是一种权衡。较高值的电阻器会在其端子上产生较高的 IR 压降和电压，从而简化电压感测并提高 SNR。但是，它会降低可能流向负载的功率，并且这种耗散还会导致电阻器自热，从而带来漂移和可靠性问题。

相比之下，较低值的电阻器可限度地减少这种下降，但会带来精度和 SNR 问题。由于输入电压偏移和偏置电流，以及它们随后的与温度相关的漂移——所有这会破坏超出允许公差的感测值。

一般来说，使用较小值的电阻器，其相关电压降和功率损耗较低，总体上更好，但仅在一定程度上。一个起点指南是确定电阻器的大小，使其在电流时压降大约为 100 mV。对于许多应用，快速计算 V = IR 可将电流检测电阻值置于 1 到 10 毫欧之间。然而，在低压应用中，即使是适度的 100 mV 压降和相关耗散，也可能超出可接受范围。

近年来，用于读取检测电阻两端电压的精密低压运算放大器的可用性使得亚毫欧电流检测电阻的使用成为可能。这些运算放大器（例如 Texas Instruments TI INA185和 Analog Devices AD8417）具有超低电压偏移和偏置电流以及低温度系数 (tempcos)，因此使用此类低欧姆电阻器非常实用。

然而，与几乎所有的进步一样，有一系列新的考虑和担忧。我看到了 TT Electronics 的业务开发工程师 Stephen Oxley 撰写的一篇出色的应用说明。他讨论了如何克服使用这些低欧姆值电流检测电阻器时固有的挑战。

在他相对适度的长度和高度可读性的文章“克服使用亚毫欧 SMD 的挑战”中，他解释了使用这些电阻器与甚至毫欧级电阻器不同的许多方式，以及它们如何不恰当地应用以使其精度，一致性，甚至可信度都会受到损害。

该应用笔记提供了在使用亚毫欧感测电阻器时需要注意的三个方面：

如何以及为什么将这些亚毫欧芯片视为一类单独的组件，而不仅仅是毫欧版本的低价值版本。
如何避免元器件选择和 PCB 布局设计中的陷阱。
在每个阶段量化和化错误和变化的方法。

在众多细节中，有与几乎强制使用四线开尔文连接相关的问题，以及在何处以及如何进行这些连接的细微差异如何影响性能；预测和适应由不同金属连接处的热电效应产生的电压差；整个传感组件的电流路径和电压传感回路；并联使用多个电阻器以降低净电阻或提高额定功率的不同方法（图 3）；当然，还有不可避免的散热问题。简而言之：当您的检测电阻器本身为亚毫欧姆时，电阻器到电路的路径和接触电阻将成为故事的重要组成部分。

图 3即使是并联使用两个电阻器的简单原理也会在使用超低值电阻器时带来关于电流路径的微妙布局考虑。资料：TT Electronics

我不会详细总结这篇文章；您阅读它更有意义。请注意，这篇文章几乎完全是关于电阻器、材料、端接和电流路径，几乎没有提到相关的电子设备——这是您必须计算误差预算的另一个地方。

再，乍一看是一个简单而有益的选择，实际上充满了许多微妙之处，以及错误应用新组件的方法，从而抵消了它可能提供的任何好处。毕竟，还有什么比检测电阻器和欧姆定律更基本的呢？

更糟糕的是，您实际上可能会得到较差的结果而自己却不知道，并假设您的读数准确且一致，结果却发现信号和数据具有误导性。它再次证明了一个事实，即任何说“这是一个简单的转换”或“这一切都很好”的人要么是经验丰富的资深工程师，要么是知识范围的另一端。

您是否曾经将新的设计或组件选项视为一种改进的、有益的替代方案，后来才发现它也有令人惊讶的缺点？这些负面因素是您可以预料到的，并且可以通过做更多的功课来更好地评估，还是它们被深埋，有意或只是由于情况的复杂性？