SGM8198：高性能高侧电流检测监控器的设计与应用

在电子设计领域，精确的电流测量至关重要。SGM8198作为一款高侧、单极性电流检测监控器，凭借其出色的性能和广泛的应用场景，成为众多工程师的首选。今天，我们就来深入探讨一下SGM8198的特点、应用以及设计要点。

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一、SGM8198概述

SGM8198系列是一款高侧、单极性电流检测监控器，它具有以下显著特点：

1. 宽电源电压范围：能够在2.7V至36V的单电源下工作，这使得它在不同的电源环境中都能稳定运行。
2. 低静态电流：仅消耗65μA的静态电流，有助于降低系统功耗，延长电池供电设备的续航时间。
3. 宽共模电压范围：输入共模电压范围为2.7V至36V，允许分流电流的任一侧连接到电源，有效减少测量误差。
4. 灵活的增益设置：通过一个外部电阻，可设置1至100或更高的增益，方便根据不同的应用需求进行调整。
5. 适用温度范围广：工作温度范围为 -40℃至 +125℃，能够适应各种恶劣的工作环境。
6. 环保封装：采用绿色SOT - 23 - 5封装，符合环保要求。

二、电气特性分析

输入特性

• 满量程感应电压：典型值为100mV，最大值为500mV。
• 输入失调电压：在2.7V至36V的输入电压范围内，典型值为±30μV，最大值为±550μV。
• 输入失调电压漂移：典型值为1μV/℃。
• 输入偏置电流：典型值为16μA。
• 输入共模电压范围：2.7V至36V。
• 共模抑制比：在VIN+为2.7V至36V、VSENSE为50mV时，典型值为140dB。

输出特性

• 跨导：在VSENSE为10mV至150mV时，典型值为1000μA/V。
• 跨导温度系数：典型值为10nA/V/℃。
• 非线性误差：在VSENSE为10mV至150mV时，典型值为±0.01%。
• 总输出误差：在VSENSE为100mV时，典型值为±0.25%。
• 输出电压摆幅：接近电源电压和共模电压。

电源特性

• 工作电压范围：2.7V至36V。
• 静态电流：典型值为65μA，最大值为90μA。
• 电源抑制比：在Vcc为2.7V至36V、VSENSE为50mV时，典型值为0.1V/V。

频率响应

• 带宽：当RL = 10kΩ时，典型值为480kHz；当RL = 20kΩ时，典型值为270kHz。
• 建立时间：在5V阶跃、RL = 10kΩ或20kΩ时，典型值均为15μs。

噪声特性

• 总输出电流噪声：在带宽为100kHz时，典型值为6nARMS。
• 输出电流噪声密度：典型值为20pA/√Hz。

三、典型应用场景

1. 缓冲输出驱动ADC

在需要将SGM8198的输出数字化的应用中，可使用SGM8955运算放大器作为缓冲器，避免ADC输入阻抗对SGM8198电压增益的影响。设计时，需要合理选择Rs和RL的值。Rs的选择与小输入信号的精度和测量线路上Rs的最大允许电压降有关；RL的值决定了SGM8198的期望输出电压。同时，为了提高测量精度，外部电路连接到SGM8198输出的输入阻抗应远大于100kΩ。

2. 输出滤波

通过在负载电阻RL上并联一个电容，可以形成RC滤波器。首先选择合适的RL值以实现期望的电压增益，然后选择合适的CL值以实现期望的截止频率。

3. 输出电压偏移

当需要在无负载电流时将输出电压偏离地电位时，可采用电压分压器法或恒流源法。电压分压器法通过R1和R2的并联组合确定SGM8198的增益，通过它们的分压确定偏移电平；恒流源法的增益由RL确定，偏移电压由恒流源提供的恒定电流与负载电阻RL的乘积确定。

4. 双极性电流测量

对于需要测量正负电流的应用，可以使用两个SGM8198，将它们的两个输入分别连接到RSH的两侧。通过比较器可以指示电流的正负，输出电压的大小由标记输出与地之间的电阻决定。

5. 使用A/D转换器的差分输入进行双极性电流测量

SGM8198可与可编程ADC配合使用，ADC的输入为差分输入。这种方法可以在不增加额外电路的情况下，通过ADC显示电流的极性。

6. 使用逻辑信号进行多路复用测量

该应用用于测量多个负载，每个SGM8198的VCC引脚由SGM58200的I/O引脚供电，从而实现多路复用的控制。

四、设计要点

电源供应

SGM8198的两个输入引脚能够在高于其电源电压的输入共模电压下准确测量差分电压。例如，在5V电源电压下，两个输入引脚可以测量36V系统的电流。为了减少电源噪声的影响，应在电源引脚附近尽可能靠近地放置一个0.1μF的旁路电容。对于噪声较大的电源应用，可能需要额外的电容。

PCB布局

SGM8198的输入引脚应靠近被测负载电流，以最小化与分流电阻Rs串联的电阻。输出电阻RL连接在OUT和GND引脚之间。为了提高测量精度，应直接在RL上测量电压。在一些大电流系统中，大电流可能会流入接地连接，导致测量不准确。此外，SGM8198本身不需要旁路电容来保证稳定性，但对于噪声较大的电源，需要在电源引脚附近放置电容以抑制电源噪声。

五、总结

SGM8198以其宽电源电压范围、低静态电流、灵活的增益设置和广泛的应用场景，为电子工程师提供了一个优秀的电流检测解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择参数，优化PCB布局，以充分发挥SGM8198的性能。你在使用SGM8198的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。