SGM8198：高性能高側(cè)電流檢測監(jiān)控器的設(shè)計與應(yīng)用

在電子設(shè)計領(lǐng)域，精確的電流測量至關(guān)重要。SGM8198作為一款高側(cè)、單極性電流檢測監(jiān)控器，憑借其出色的性能和廣泛的應(yīng)用場景，成為眾多工程師的首選。今天，我們就來深入探討一下SGM8198的特點、應(yīng)用以及設(shè)計要點。

文件下載：SGM8198.pdf

一、SGM8198概述

SGM8198系列是一款高側(cè)、單極性電流檢測監(jiān)控器，它具有以下顯著特點：

1. 寬電源電壓范圍：能夠在2.7V至36V的單電源下工作，這使得它在不同的電源環(huán)境中都能穩(wěn)定運行。
2. 低靜態(tài)電流：僅消耗65μA的靜態(tài)電流，有助于降低系統(tǒng)功耗，延長電池供電設(shè)備的續(xù)航時間。
3. 寬共模電壓范圍：輸入共模電壓范圍為2.7V至36V，允許分流電流的任一側(cè)連接到電源，有效減少測量誤差。
4. 靈活的增益設(shè)置：通過一個外部電阻，可設(shè)置1至100或更高的增益，方便根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行調(diào)整。
5. 適用溫度范圍廣：工作溫度范圍為 -40℃至 +125℃，能夠適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。
6. 環(huán)保封裝：采用綠色SOT - 23 - 5封裝，符合環(huán)保要求。

二、電氣特性分析

輸入特性

• 滿量程感應(yīng)電壓：典型值為100mV，最大值為500mV。
• 輸入失調(diào)電壓：在2.7V至36V的輸入電壓范圍內(nèi)，典型值為±30μV，最大值為±550μV。
• 輸入失調(diào)電壓漂移：典型值為1μV/℃。
• 輸入偏置電流：典型值為16μA。
• 輸入共模電壓范圍：2.7V至36V。
• 共模抑制比：在VIN+為2.7V至36V、VSENSE為50mV時，典型值為140dB。

輸出特性

• 跨導(dǎo)：在VSENSE為10mV至150mV時，典型值為1000μA/V。
• 跨導(dǎo)溫度系數(shù)：典型值為10nA/V/℃。
• 非線性誤差：在VSENSE為10mV至150mV時，典型值為±0.01%。
• 總輸出誤差：在VSENSE為100mV時，典型值為±0.25%。
• 輸出電壓擺幅：接近電源電壓和共模電壓。

電源特性

• 工作電壓范圍：2.7V至36V。
• 靜態(tài)電流：典型值為65μA，最大值為90μA。
• 電源抑制比：在Vcc為2.7V至36V、VSENSE為50mV時，典型值為0.1V/V。

頻率響應(yīng)

• 帶寬：當RL = 10kΩ時，典型值為480kHz；當RL = 20kΩ時，典型值為270kHz。
• 建立時間：在5V階躍、RL = 10kΩ或20kΩ時，典型值均為15μs。

噪聲特性

• 總輸出電流噪聲：在帶寬為100kHz時，典型值為6nARMS。
• 輸出電流噪聲密度：典型值為20pA/√Hz。

三、典型應(yīng)用場景

1. 緩沖輸出驅(qū)動ADC

在需要將SGM8198的輸出數(shù)字化的應(yīng)用中，可使用SGM8955運算放大器作為緩沖器，避免ADC輸入阻抗對SGM8198電壓增益的影響。設(shè)計時，需要合理選擇Rs和RL的值。Rs的選擇與小輸入信號的精度和測量線路上Rs的最大允許電壓降有關(guān)；RL的值決定了SGM8198的期望輸出電壓。同時，為了提高測量精度，外部電路連接到SGM8198輸出的輸入阻抗應(yīng)遠大于100kΩ。

2. 輸出濾波

通過在負載電阻RL上并聯(lián)一個電容，可以形成RC濾波器。首先選擇合適的RL值以實現(xiàn)期望的電壓增益，然后選擇合適的CL值以實現(xiàn)期望的截止頻率。

3. 輸出電壓偏移

當需要在無負載電流時將輸出電壓偏離地電位時，可采用電壓分壓器法或恒流源法。電壓分壓器法通過R1和R2的并聯(lián)組合確定SGM8198的增益，通過它們的分壓確定偏移電平；恒流源法的增益由RL確定，偏移電壓由恒流源提供的恒定電流與負載電阻RL的乘積確定。

4. 雙極性電流測量

對于需要測量正負電流的應(yīng)用，可以使用兩個SGM8198，將它們的兩個輸入分別連接到RSH的兩側(cè)。通過比較器可以指示電流的正負，輸出電壓的大小由標記輸出與地之間的電阻決定。

5. 使用A/D轉(zhuǎn)換器的差分輸入進行雙極性電流測量

SGM8198可與可編程ADC配合使用，ADC的輸入為差分輸入。這種方法可以在不增加額外電路的情況下，通過ADC顯示電流的極性。

6. 使用邏輯信號進行多路復(fù)用測量

該應(yīng)用用于測量多個負載，每個SGM8198的VCC引腳由SGM58200的I/O引腳供電，從而實現(xiàn)多路復(fù)用的控制。

四、設(shè)計要點

電源供應(yīng)

SGM8198的兩個輸入引腳能夠在高于其電源電壓的輸入共模電壓下準確測量差分電壓。例如，在5V電源電壓下，兩個輸入引腳可以測量36V系統(tǒng)的電流。為了減少電源噪聲的影響，應(yīng)在電源引腳附近盡可能靠近地放置一個0.1μF的旁路電容。對于噪聲較大的電源應(yīng)用，可能需要額外的電容。

PCB布局

SGM8198的輸入引腳應(yīng)靠近被測負載電流，以最小化與分流電阻Rs串聯(lián)的電阻。輸出電阻RL連接在OUT和GND引腳之間。為了提高測量精度，應(yīng)直接在RL上測量電壓。在一些大電流系統(tǒng)中，大電流可能會流入接地連接，導(dǎo)致測量不準確。此外，SGM8198本身不需要旁路電容來保證穩(wěn)定性，但對于噪聲較大的電源，需要在電源引腳附近放置電容以抑制電源噪聲。

五、總結(jié)

SGM8198以其寬電源電壓范圍、低靜態(tài)電流、靈活的增益設(shè)置和廣泛的應(yīng)用場景，為電子工程師提供了一個優(yōu)秀的電流檢測解決方案。在實際設(shè)計中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇參數(shù)，優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮SGM8198的性能。你在使用SGM8198的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。