安森美NCx703x系列单向电流检测放大器技术深度解析

安森美 NCx703x单向电流检测放大器是高压电流检测放大器，设计用于在各种应用中进行精确电流测量。安森美 NCx703x包括NCS7030、NCS7031、NCV7030和NCV7031器件。这些放大器在-6V至80V范围内具有出色的输入共模抑制性能，即使在具有挑战性的环境中也能确保精确的性能。这些元件具有14V/V和20V/V增益选项，在整个温度范围内的最大增益误差为 ±0.3%。NCx703x放大器非常适用于汽车和工业应用，可通过检测电阻器提供可靠的电流检测。此外，这些放大器采用紧凑型SOIC-8和Micro8封装，因此适用于空间受限的设计。

数据手册；*附件：onsemi NCx703x单向电流检测放大器数据手册.pdf

特性

• 100 kHz 带宽
• 输入失调电压：±300V（最大值，整个温度范围内）
• 整个温度失调漂移：±3V/°C（最大值）
• 增益选项：14V/V和20V/V
• 整个温度范围内的增益误差：±0.3%（最大值）
• 1.5 mA典型静态电流
• 电源电压范围：3V至5.5V
• 共模输入电压范围
  • 工作温度范围：-6 V至80 V
  • 耐受电压：-14 V至85 V
• 最小共模抑制比 (CMRR)：85 dB
• PSRR：75dB（最小值）
• 最大输入电流：±10 mA
• ±50 mA最大输出电流
• 最大连续总功耗：200mW
• 最大闭锁电流：±100mA
• 低通滤波器（1极或2极）
• 扩展环境温度范围：-40 °C至++150 °C
• Micro8外壳846A-02和SOIC-8 NB外壳751-07封装选项
• NCV前缀表示汽车级选项
• 湿度灵敏性等级（MSL）为1级
• 无铅器件

简化框图

应用原理图

‌安森美NCx703x系列单向电流检测放大器技术深度解析‌

‌引言‌
安森美半导体的NCx703x系列（含NCS7030/NCS7031/NCV7030/NCV7031）是一款专为高共模电压环境设计的精密电流检测放大器。其独特的两级架构（前置放大器+缓冲器）和高达80V的共模电压承受能力，使其在工业控制、汽车电子和电源管理等领域具有重要应用价值。本文基于最新版数据手册（2024年10月 Rev.P9），从核心技术参数、架构设计到实际应用进行全面剖析。

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‌一、核心特性与性能边界‌

1. ‌电气参数亮点‌
   • 工作电压范围：3V-5.5V（兼容低压系统）
   • 静态电流：典型值1.5mA（优化功耗设计）
   • 增益选项：14V/V（NCS7030）和20V/V（NCS7031）
   • 全温区增益误差：最大±0.3%（-40℃至150℃）
   • 共模抑制比(CMRR)：85dB最小值（10kHz时达65dB）
   • 输入失调电压：最大±300μV（扩展至±400μV@150℃）
2. ‌极限工作条件‌（需严格遵循）
   • 共模输入生存范围：-14V至85V
   • 工作温度范围：-40℃至150℃（符合车规级要求）
   • ESD防护等级：HBM模式±7000V（输入引脚）

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‌二、创新架构与引脚功能‌

1. ‌两级放大结构‌
   • 前置放大器：固定增益7V/V(7030)或10V/V(7031)
   • 输出缓冲器：固定增益2V/V
   • 独特设计：预留A1（前置输出）/A2（缓冲输入）引脚，支持外部滤波网络和增益调节
2. ‌引脚定义详解‌
   • +IN/-IN：差分检测输入端（支持Kelvin连接）
   • A1/A2：灵活配置节点（支持增益调整/滤波实现）
   • 注：NCS7031的NC引脚需悬空，NCS7030的VS引脚位置互换

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‌三、关键应用技术解析‌

1. ‌高低侧检测配置‌
   • ‌高侧检测‌（图2）：直接监测负载电流，可检测对地短路故障
   • ‌低侧检测‌（图27）：简化电路设计，避免干扰接地路径
2. ‌增益灵活调节方案‌
   • ‌降低增益‌（图29）：在A1-A2节点并联电阻REXT
     计算公式：G_ADJ- = [REXT/(REXT+100kΩ)]×G
   • ‌提升增益‌（图30）：通过正反馈电阻连接
     计算公式：G_ADJ+ = [REXT/(REXT-100kΩ)]×G
   • ‌单极滤波‌（图31）：利用内部100kΩ电阻+外部电容实现
     截止频率：f_FILT = 1/[2π×100kΩ×C_FILT]
3. ‌输入滤波设计规范‌（图33）
   • 滤波电阻取值：≤10Ω（避免影响CMRR）
   • 电容选择原则：C_FILT ≥ L_SHUNT/(20×R_SHUNT)
   • 特殊场景：针对<1mΩ分流电阻时，必须配置输入滤波以抑制电感效应

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‌四、典型性能曲线分析‌

1. ‌温度稳定性‌（图13/19）
   • 增益误差在全温区变化<0.1%
   • 输入失调电压漂移：±3μV/℃最大值
2. ‌动态响应特性‌
   • 带宽：100kHz（典型值）
   • 建立时间：<10μs（达到最终值99%）
3. ‌抗干扰能力‌
   • 共模阶跃响应（图8-11）：展示在快速电压瞬变下的稳定性

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‌五、选型与设计指南‌

1. ‌封装选项‌
   • SOIC-8：热阻θJA=128℃/W
   • Micro8：热阻θJA=163℃/W（需注意散热设计）
2. ‌分流电阻选择原则‌
   • 精度优先：推荐使用四端子Kelvin检测电阻
   • 功耗权衡：根据测量精度需求与功率损耗平衡选择阻值
3. ‌车规级版本‌
   • NCV7030/7031：通过AEC-Q100认证，适合发动机控制（柴油喷射）、电机驱动等场景

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‌六、应用场景扩展‌

1. ‌电信设备‌：电源模块电流监控
2. ‌汽车电子‌：电池管理系统(BMS)、电机控制单元(ECU)
3. ‌工业电源‌：开关电源过流保护
4. ‌新能源系统‌：光伏逆变器电流检测