詳解SGM840：高性能雙向超精密電流檢測(cè)放大器

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，電流檢測(cè)是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)，特別是在電機(jī)控制、電源管理等領(lǐng)域。今天，我們就來(lái)詳細(xì)了解一下SGMICRO推出的SGM840雙向超精密電流檢測(cè)放大器，看看它有哪些獨(dú)特的特性和應(yīng)用場(chǎng)景。

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一、產(chǎn)品概述

SGM840是一款雙向、固定增益、電壓輸出的電流檢測(cè)放大器，具有高PWM抑制能力和-4V至80V的寬共模電壓范圍。高PWM抑制特性能夠有效抑制輸出信號(hào)上的大共模瞬變（ΔV/Δt），這對(duì)于采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）的應(yīng)用，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)和螺線管控制系統(tǒng)尤為重要。其負(fù)共模電壓能力使得即使電壓低于地電位，該器件仍能正常工作，在螺線管的反激期間等典型應(yīng)用中非常實(shí)用。

該器件采用2.7V至5.5V單電源供電，典型供電電流為1mA。提供20V/V、50V/V和100V/V三種固定增益選項(xiàng)，零漂移架構(gòu)的低失調(diào)特性使得即使在分流電阻上的壓降低至10mV滿(mǎn)量程時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)高精度的電流檢測(cè)。SGM840有綠色SOIC - 8和TSSOP - 8兩種封裝，工作溫度范圍為-40℃至+125℃。

二、關(guān)鍵特性

2.1 功能安全能力

具備功能安全能力，并提供相關(guān)文檔輔助功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為工程師在設(shè)計(jì)安全關(guān)鍵系統(tǒng)時(shí)提供了有力支持。

2.2 高PWM抑制

• 出色的共模抑制比（CMRR）：直流CMRR典型值為130dB，50kHz交流CMRR典型值為80dB，能夠有效抑制共模干擾。
• 寬共模范圍：共模電壓范圍為-4V至80V，適應(yīng)多種復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境。
• 低增益誤差：在+25℃時(shí)最大為±0.35%，在-40℃至+125℃溫度范圍內(nèi)最大為±2%。

2.3 低失調(diào)電壓

• 在+25℃時(shí)，SGM840A/B/C的最大失調(diào)電壓為±90μV。
• 在-40℃至+125℃溫度范圍內(nèi)，SGM840A的最大失調(diào)電壓為±230μV，SGM840B/C為±180μV。

2.4 多種增益選項(xiàng)

提供三種固定增益選項(xiàng)：SGM840A為20V/V，SGM840B為50V/V，SGM840C為100V/V，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

2.5 封裝形式

采用綠色SOIC - 8和TSSOP - 8封裝，滿(mǎn)足不同的安裝和布局要求。

三、電氣特性

3.1 輸入特性

• 輸入共模電壓范圍：-4V至80V，適應(yīng)不同的共模電壓環(huán)境。
• 共模抑制比（CMRR）：直流典型值為130dB，50kHz交流典型值為80dB，有效抑制共模干擾。
• 失調(diào)電壓：在不同溫度和型號(hào)下有不同的表現(xiàn)，確保高精度的電流檢測(cè)。
• 電源抑制比（PSRR）：在2.7V至5.5V電源電壓范圍內(nèi)，最大為±20V/V。
• 輸入偏置電流：典型值為0.05μA，降低了對(duì)輸入信號(hào)的影響。

3.2 增益特性

提供20V/V、50V/V和100V/V三種固定增益選項(xiàng)，增益誤差在不同溫度下有明確的指標(biāo)，確保了增益的準(zhǔn)確性。

3.3 輸出特性

• 電壓輸出擺幅：接近電源軌，能夠提供穩(wěn)定的輸出電壓。
• 頻率響應(yīng)：帶寬典型值為400kHz，1%總諧波失真加噪聲（THD + N）時(shí)為100kHz，能夠快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化。
• 建立時(shí)間：輸出穩(wěn)定到最終值的0.5%典型時(shí)間為6μs，響應(yīng)速度快。
• 壓擺率：典型值為2.5V/μs，能夠快速跟蹤輸入信號(hào)的變化。

3.4 電源特性

• 工作電壓范圍：2.7V至5.5V，與大多數(shù)微處理器的電源兼容。
• 靜態(tài)電流：在+25℃時(shí)典型值為1.0mA，在-40℃至+125℃溫度范圍內(nèi)最大為1.7mA，功耗較低。

四、典型應(yīng)用

4.1 在線電機(jī)電流測(cè)量

在電機(jī)控制應(yīng)用中，在線電流檢測(cè)是必要的，但電源電壓的快速大共模電壓瞬變會(huì)導(dǎo)致在線電流測(cè)量不準(zhǔn)確。SGM840具有良好的共模抑制能力、高精度、高達(dá)400kHz的帶寬和高共模規(guī)格，非常適合該應(yīng)用。

設(shè)計(jì)時(shí)，選擇增益為20V/V的器件，由5V電源供電，配置為雙向電流測(cè)量，通過(guò)將REF1連接到地，REF2連接到電源來(lái)設(shè)置輸出偏置電壓為電源電壓的一半。選擇100mΩ的電阻以確保模擬輸入在器件范圍內(nèi)。

4.2 螺線管驅(qū)動(dòng)電流測(cè)量

在螺線管驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)應(yīng)用中，需要電流檢測(cè)放大器具有高PWM抑制能力。SGM840是這類(lèi)應(yīng)用的理想選擇。

設(shè)計(jì)時(shí)，選擇增益為100V/V的器件，使用5V電源，同樣配置為雙向電流測(cè)量，設(shè)置輸出偏置電壓為電源電壓的一半，選擇50mΩ的電阻以確保模擬輸入在器件范圍內(nèi)。

五、應(yīng)用注意事項(xiàng)

5.1 RSENSE和器件增益選擇

選擇合適的電流檢測(cè)電阻（Rsense）對(duì)于電流檢測(cè)系統(tǒng)至關(guān)重要。需要綜合考慮測(cè)量電流范圍、可用增益器件、后端接收電路的輸入范圍和測(cè)量精度等因素。在后端接收電路范圍內(nèi)，電流檢測(cè)電阻的阻值應(yīng)盡可能大，以提高檢測(cè)電壓，降低輸入失調(diào)引起的誤差比例，但同時(shí)要考慮功率損耗和溫度系數(shù)的影響。SGM840提供20V/V、50V/V和100V/V三種增益選項(xiàng)，較高的增益允許使用較小的電流檢測(cè)電阻，從而降低功率損耗。

5.2 輸入濾波

在嘈雜環(huán)境中測(cè)量電流時(shí)，需要使用濾波器進(jìn)行精確測(cè)量。SGM840具有低輸入偏置電流的特點(diǎn)，使得在輸入端添加濾波器而不犧牲電流檢測(cè)精度成為可能。輸入濾波器可以在輸入信號(hào)放大之前衰減差分噪聲，但濾波器的串聯(lián)電阻會(huì)引入額外的增益誤差，需要合理選擇濾波器的參數(shù)。

5.3 特殊預(yù)防措施

對(duì)于高精度測(cè)量，需要選擇精密的電流檢測(cè)電阻，為REF1和REF2提供精密的參考電壓，優(yōu)化輸入引腳和檢測(cè)電阻之間的布局和布線，并在VS和GND引腳之間放置足夠的去耦電容。

六、布局建議

• 電流檢測(cè)連接：采用開(kāi)爾文或4線連接方式，消除額外的感應(yīng)阻抗，確保只有電流檢測(cè)電阻的阻抗能被檢測(cè)到。
• 去耦電容：在VS和GND引腳附近放置一個(gè)0.1μF的旁路電容，以減少電源噪聲的影響。

七、總結(jié)

SGM840作為一款高性能的雙向超精密電流檢測(cè)放大器，具有高PWM抑制、寬共模電壓范圍、低失調(diào)電壓、多種增益選項(xiàng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于電機(jī)控制、螺線管驅(qū)動(dòng)、電源管理等多種應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求合理選擇器件增益和電流檢測(cè)電阻，注意輸入濾波和布局布線等問(wèn)題，以充分發(fā)揮SGM840的性能優(yōu)勢(shì)。你在實(shí)際應(yīng)用中是否使用過(guò)類(lèi)似的電流檢測(cè)放大器？遇到過(guò)哪些問(wèn)題？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。