寬動態范圍的高端電流檢測：三種解決方案
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簡介
在電機控制、電磁閥控制、通信基礎設施和電源管理等諸多應用中，電流檢測是精密閉環控制所必需的關鍵功能。從安全至關重要的汽車和工業應用，到電源和效率至關重要的手持式設備，都能發現它的身影。利用精密電流監控，設計人員可以獲得關鍵的瞬時信息，例如電機扭矩（根據電機電流）、DC/DC轉換器效率、基站LDMOS（橫向擴散MOS）功率晶體管的偏置電流，或者短接至地等診斷信息。
為了理解系統設計人員在為電路板選擇最精確、最具成本效益的電流傳感器時所面對的重要權衡、選擇和挑戰，我們將仔細討論蜂窩基站功率放大器的LDMOS偏置電流監控及其它相關應用中的電流檢測。
電流監控在基站功率放大器中是必不可少的，特別是在調制方法更為復雜的3G和LTE中，其峰均功率比從3GW-CDMA的3.5dB（約2.2比1）到LTEOFDM的8.5dB（約7.1比1）不等，而大多數常用2G單載波GSM的峰均功率比為3dB（約2比1）。控制環路功能之一是監控LDMOS偏置電流，以便能夠針對給定的功率輸出對LDMOS的偏置進行正確調制。通常情況下，此直流偏置電流具有寬動態范圍，具體視工作條件、最大值或非峰值操作而定。對設計人員而言，這意味著需要一個精密電流傳感器來監控50mA（或者低至15mA）1至20A范圍內的電流，而LDMOS的漏極則偏置到28V至60V范圍內的一個高壓。如果利用分流電阻來監控此電流，則設計人員只能使用非常小的分流電阻，否則當LDMOS電流為20A時，其功耗將非常大。例如，在最大電流時，即使10mΩ分流電阻也會消耗4W功率。
雖然存在能夠承受這一功率的分流電阻，但電路板可能要求較低功耗。然而，如果選擇如此低的電阻值，則在低電流（如50mA）時，10mΩ分流電阻上的電壓將極其微小(500μV)，難以利用一個同時還必須承受高共模電壓的電路進行精密監控。
本文將重點討論能夠在高共模電壓下精確監控寬范圍直流電流的電流檢測解決方案。同時還會特別關注溫度性能這一重要參數，它常常難以校準，但在功率放大器室外應用中必須謹慎對待。本文將按照設計復雜度從高到低的順序介紹三種可選解決方案，它們能針對各種不同的應用提供可行的高精度、高分辨率電流檢測。
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