基于MAX4080检流放大器的调整检流放大器的失调电压设计

　　引言

　　检流放大器是广泛用于电子设备实时监测负载电流的成熟IC。系统控制器根据负载信息进行电源管理运算，以更改负载电流本身的特性，并可提供灵活的过流保护方案。

　　检流放大器在放大微弱的差分电压的同时能够抑制输入共模电压，该功能类似于传统的差分放大器，但两者有一个关键区别：对于检流放大器而言，所允许的输入共模电压范围可以超出电源电压(VCC)。例如，当MAX4080检流放大器工作在VCC = 5V时，能够承受76V的输入共模电压。采用独立的放大器架构，电流检测放大器不会受电阻不匹配造成的共模抑制(CMRR)的影响。MAX4080具有100dB (最小值)的直流CMRR，而基于传统运放的差分放大器则受CMRR限制，其有效输入VOS通过信号链路是被放大。

　　通过校准提高精度

　　MAX4080检流放大器具有精密的输入失调电压(VOS)，25°C时最大值为±0.6mV，在整个-40°C至+125°C温度范围内，最大值为±1.2mV。但是，许多应用需要更高的电流测量精度，因此需要对输入VOS做进一步校准。这种校准通过在生产过程中测量VOS并将结果存储在固件中实现。利用所存储的数据，当设备在现场投入实际使用时，可以在数字域调整VOS。

　　为便于生产，校准的首选方案是：在负载电流为零(零输入差分电压)时测量VOS。可以测量输出VOS并在以后的测量数据中减去该电压。不幸的是这种方法存在一个缺点，由于VOL (最低输出电压)和输入VOS相互影响，输出电压可能无法精确地反映输入VOS。所有单电源供电放大器均存在这一问题。

　　以增益为20的MAX4080T为例，并假设输入VOS为零，此时放大器输出的测量值应该为零。而实际情况是：即使在零输入差分电压下，放大器也不能保证输出电压低于15mV (10μA吸电流)。如果直接把测量到输出电压用于VOS校准，放大器的输入VOS为0.75mV (15mV/20 = 0.75mV)。

　　同样，如果MAX4080T具有VOL = 0，则正电压输入VOS应该产生正的输出VOS。而负电压输入VOS则不会“反映到”输出端，因为放大器不能产生低于地电位的输出电压。这样，在零输入差分电压下，不能通过“直接”测量输出电压来校准输入VOS。

　　生产过程中，有两种方法校准VOS：

　　双向检流放大器具有内部基准，例如：MAX4081具有1.5V基准，能够将输出测量电压偏置在1.5V，这样，输入差分电压为零时，输出为1.5V ±VOS，引入误差。1.5V电压高于放大器的VOL，不会影响误差分析。可通过测量输出电压与1.5V理论电压之差计算得到VOS误差。但是，这种方法有一个缺点：降低了动态范围。对于0至5V输入动态范围的ADC器件，动态范围降低了30%，输出范围为1.5V至5V。另外，这种方法需要使用价格较高的双向检流放大器，用于单向测量。最后，利用一个低漂移1.5V基准或额外的一个通道的目的只是为了测量该1.5V基准电压，设计人员很难接受这种方案。