美信直流误差计算器简化检流放大器的优化

误差。另外，对大电流应用，为了达到较好的测量精度，建议采用4线开尔文连接电阻。

　　检流电阻误差引起的输出误差：

　　（式9）

　　输出电阻误差

　　电流输出型CSA，如MAX9934，通常采用一个负载电阻将输出电流转换成电压。电流输出有着明显优势：多个CSA可复用同一负载电阻；另外，如果把输出电阻端接到ADC的地，电流输出架构可以使CSA对地线干扰具有较强的抑制能力。但在计算整体误差时必需考虑输出电阻误差，输出电阻引入的误差如下：

　　（式10）

　　这里GM = 跨导增益。

　　估算系统误差

　　设计者常常倾向于计算最差工作条件下CSA的总误差，这种情况下，总误差由所有单项误差叠加得到。尽管这种方法确保误差在任何条件下不会超过限制，但更多情况下，它会产生一个过于保守、不准确的估算。最差条件下的计算方法是假设所有单项误差源是相干的，且具有相同极性。

　　另一种方法是平方根和（RSS）分析，其中总误差是单个误差平方和的平方根。RSS是当增加两个随机分布（常态分布或高斯分布）测量时，所得标准方差等同于初始分布标准方差平方和的平方根。对于CSA，每项误差源不相干，RSS法比最差工作条件分析法更实用。如果确保采用了每项误差源，RSS分析将可获得最合理的结果。

　　关于RSS，一个有趣的因素是：即使它会导致总误差比单项误差大，但主要误差项经常会远远超出所有其它项。

　　用RSS法对电压输出型CSA的总误差进行计算，可以得出：

　　（式11）

　　用RSS法对电流输出型CSA的总误差进行计算，可以得出：

　　（式12）

　　这些计算中所有的误差源必须参考同一节点，可以是输入也可以是输出。这一点非常重要，因为CSA的增益通常大于单位增益，而输出误差的绝对值大于输入误差。

　　电流检测误差计算器

　　Maxim设计了一个新的计算器，协助设计者估算所选CSA的总误差。该软件免费提供，只需用户输入几个使用规格，即可自动输入所选CSA数据手册的相关参数，并输出利用RSS算法得到的最大误差。计算器还能提示用户粗心大意造成的数据输入错误。例如，输入采样电压是否超过所推荐的满量程采样电压？电源电压是否超出范围？输出摆幅限制是否满足要求等等，均会给出用户提示。

　　检流误差估算计算器的使用

　　假设设计一个过流保护电路，要求CSA满足如下条件：

　　a.输入触发点 = 50A （单向）

　　b.检流电阻误差 = 0.5%

　　c.检流电阻 = 《 1mΩ

　　d.电源电压范围 = 4.5V - 5.5V

　　e.输入共模电压范围 = 12V - 18V

　　f.总误差预算 = 《 2%，这意味着CSA增益误差《 2%，失调误差VOS 《 1mV，因为每项误差不能超过总误差。

　　第一步、参数搜索

　　基于上述要求，参数搜索到以下候选器件：MAX9922、MAX9918、MAX9929F、MAX4080、MAX4373和MAX4172。

　　第二步、检流误差计算器输入

　　使用检流误差计算器，进一步缩小上述总误差估算列表的范围。从Maxim器件型号下拉框（Maxim CSA Device Number）中选一个CSA，并进入实际参数（图2）。

　　图2. 用户进入的输入字段。

　　第三步、验证数据手册规格

　　计算器自动填入所选CSA数据手册，给出最大偏置误差、最大增益误差、共模抑制和电源抑制比参数。这些参数默认为T = 25 °C时的数值，如图3所示MAX9922 CSA。

　　图3. 计算器从所选CSA数据手册自动收集相关参数。

　　按下Calculate按钮，软件即可计算出总体误差。

　　第四步、数据手册参数调整

　　尽管计算器自动导出了数据手册给出的增益、失调误差、增益误差、CMRR和PSRR等数值，也可根据用户要求灵活设置。必要时，可以用特定数值替代这些值。例如，设计者可能有一个计算规定，从软件中移除失调电压的影响，这种状况下，一个不太精确的CSA或许也能满足误差预算的要求。有些情况下，设计人员或许想采用数据手册中极限温度下的参数进行计算，而不是预设的T = 25°C。

　　为了替换自动输入的数据，使用Enter Overrides栏调整参数。参考MAX9922，按下计算按钮，跳出如图4所示错误信息。计算器提示用户降低增益，因为输出电压不能够超出器件的输出电压上限。

　　因为MAX9922的增益可调，在相应数据手册调整栏中减小增益到60V/V。更新增益后，图5给出了总误差估算结果。

　　图4. 器件某项条件不满足时，产生的错误提示信息。

　　图5. 所选CSA的误差估算。

　　第五步、选择不同的CSA

在Maxim CSA Device Number下拉菜单中改变选择，即可评估其它CSA的误差，例如MAX9918，不需要重新输入参数。每次选定CSA后，点击Calculate按钮即可得到相应的误差计算结果。表1列