安森美NCS21673/4系列电流检测放大器：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，电流检测是一项至关重要的任务，它对于电源管理、系统监控等方面起着关键作用。安森美的NCS21673和NCS21674系列电流检测放大器，凭借其出色的性能和广泛的应用场景，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下这一系列的产品。

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产品概述

NCS21673和NCS21674是一系列电流检测放大器，提供20、50、100和200 V/V的增益选项。它们能够在 -0.1 V至40 V的共模电压下测量分流器两端的电压，且与电源电压无关。这一特性使得它们能够检测快速瞬变电流，并且同一类型的器件可用于高端和低端电流检测。该系列器件可在2.7 V至5.5 V的单电源下工作，-3 dB带宽高达350 kHz，压摆率典型值为2 V/μs，能够确保快速检测电流变化。它们提供TSOP - 5和Micro - 8封装，双版本在系统的多个点进行电流检测时，既节省空间又降低成本。

产品特性

宽共模输入范围

共模输入范围为 -0.1 V至40 V，这使得该系列放大器能够适应各种不同的应用场景，无论是在高电压还是低电压环境下都能稳定工作。

低失调电压和低失调漂移

低失调电压和低失调漂移确保了测量的准确性，减少了误差，提高了系统的稳定性。

低电流消耗

每通道最大电流消耗为300 μA，这有助于降低系统的功耗，延长电池寿命，对于一些对功耗要求较高的应用非常友好。

汽车级应用

带有NCV前缀的产品适用于汽车级1类应用以及其他需要独特场地和控制变更要求的应用，并且通过了AEC - Q100认证，具备PPAP能力，保证了在汽车等严苛环境下的可靠性。

环保特性

这些器件无铅、无卤素/无溴化阻燃剂，符合RoHS标准，符合现代环保要求。

引脚功能与参数

引脚功能

引脚名称	类型	描述
IN+	输入	连接到检测电阻或电流分流器的正端
IN -	输入	连接到检测电阻或电流分流器的负端
OUT	输出	提供低阻抗电压输出
VS	电源	为内部电路提供正电源，建议在该引脚附近放置0.1 μF的外部旁路电容
GND	电源	电路的负电源轨

最大额定值

了解器件的最大额定值对于正确使用和保护器件至关重要。例如，电源电压范围为 -0.3 V至5.5 V，模拟输入电压范围为 -0.3 V至 +42 V等。超过这些额定值可能会损坏器件，影响其功能和可靠性。

热特性

不同封装的热阻不同，如TSOP - 5/SOT23 - 5封装的热阻为208 °C/W，Micro8 / MSOP - 8封装的热阻为162 °C/W。在设计散热方案时，需要考虑这些热特性，以确保器件在合适的温度范围内工作。

推荐工作范围

推荐的工作温度范围因前缀不同而有所差异，NCS前缀的为 -40 °C至125 °C，NCV前缀的为 -40 °C至150 °C。共模输入电压范围为 -0.1 V至40 V，电源电压范围为2.7 V至5.5 V。在这些范围内工作，能够保证器件的正常功能和可靠性。

电气特性

输入特性

• 共模抑制比（CMRR）：在不同增益和输入电压条件下，CMRR表现良好，例如在某些条件下可达100 dB以上，这有助于抑制共模干扰，提高测量的准确性。
• 输入失调电压：在不同增益和温度条件下，输入失调电压的范围有所不同，一般在 ±100 μV至 ±850 μV之间。低输入失调电压能够减少测量误差。
• 输入失调电压漂移：在 -40 °C至 +125 °C的温度范围内，输入失调电压漂移较小，如NCS21673的典型值为 ±0.1 μV/°C，这保证了在不同温度环境下的测量稳定性。
• 电源抑制比（PSRR）：在2.7 V至5.5 V的电源电压范围内，PSRR表现良好，能够有效抑制电源波动对测量的影响。

输出特性

• 增益：提供20、50、100和200 V/V的增益选项，能够满足不同的测量需求。
• 增益误差：在25 °C时，增益误差典型值为 ±0.1%，在 -40 °C至 +125 °C的温度范围内，增益误差最大为 ±0.4%。
• 增益误差随温度变化：在 -40 °C至 +125 °C的温度范围内，增益误差随温度的变化率为 ±1.5 ppm/°C至 ±20 ppm/°C。
• 非线性误差：非线性误差典型值为 ±0.01%，保证了输出信号的线性度。
• 最大容性负载：最大容性负载为1 nF，在设计输出电路时需要考虑负载电容的影响。
• 建立时间：建立到1%的时间为5 μs，能够快速响应电流变化。

频率响应

• 带宽（f - 3dB）：不同增益下的带宽不同，如增益为20时，带宽为409 kHz，增益为200时，带宽为150 kHz。
• 压摆率：压摆率典型值为2 V/μs，能够快速跟踪输入信号的变化。

噪声特性

电压噪声密度在1 kHz、增益为100时典型值为25 nV/√Hz，低噪声特性有助于提高测量的精度。

电源特性

每通道的静态电流在25 °C时典型值为195 μA，在 -40 °C至 +125 °C的温度范围内最大为300 μA，低静态电流有助于降低功耗。

典型特性

文档中给出了大量的典型特性曲线，如输入失调电压分布、共模抑制比分布、增益误差分布等。这些曲线能够帮助工程师更好地了解器件在不同条件下的性能表现，从而在设计中做出更合理的选择。

应用信息

电流检测技术

该系列放大器可用于高端和低端电流检测，在单向电流检测中，负载电流始终沿同一方向流动，适用于电源和负载电流监测等应用。在这种配置下，IN + 引脚应连接到检测电阻的高端，IN - 引脚应连接到检测电阻的低端。

输入滤波

随着分流电阻值的减小，分流电感会显著影响频率响应。当电阻值低于1 mΩ时，分流电感会在传递函数中产生零点，导致转折频率出现在低100 kHz范围内。这会增加电流检测线上高频尖峰瞬态事件的幅度，可能会使任何分流电流检测IC的前端过载。因此，需要在放大器的输入端进行外部滤波。理想情况下，选择的电容应与分流电阻及其电感的时间常数精确匹配，或者使电容提供的极点低于该点。同时，需要注意滤波电阻会影响放大器的整体增益和误差，一般建议将滤波电阻控制在几欧姆范围内，并相应地选择滤波电容。对于具有高交流频谱含量的电流信号，建议在输入级添加滤波，将信号带宽限制在 <100 kHz，以避免零漂移架构中的250 kHz采样电路产生混叠效应。

分流电阻选择

电流测量的期望精度决定了电阻的精度、尺寸和阻值。阻值越大，测量精度越高，但也会导致更大的电流损耗。为了获得最准确的测量结果，建议使用四端电流检测电阻，即采用开尔文检测技术，确保检测放大器测量的是电阻两端的实际电压，而不包括连接电阻。如果使用非开尔文分流器，应遵循制造商的建议，紧密布置检测走线。

增益选项

增益由集成的精密匹配电阻设置，提供20 V/V、50 V/V、100 V/V和200 V/V的增益选项。不建议添加外部电阻来调整增益，因为这会增加系统误差。例如，串联电阻的不匹配会增加整体增益误差和温度系数，降低共模抑制比；输入偏置电流通过外部电阻会改变运算放大器输入端的差分电压；内部电阻虽然在比例上匹配良好，但绝对值公差较大，可能导致实际增益值与预期不符。

关断功能

NCS21673/4系列本身不具备关断功能，但可以使用简单的MOSFET、电源开关或逻辑门来切断电源，消除静态电流。需要注意的是，连接到分流电阻的输入引脚始终会通过输入和反馈电阻有电流流动（每条支路的总电阻约为400 kΩ）。在未供电时，共模电压会通过VIN - 端子馈通到输出，与400 kΩ电阻形成分压器。此时，输出电压Vout的计算公式为：[Vout =frac{ VIN_(Rload) }{400 K+( Rload )}] 为了使Vout在这种情况下保持在系统要求的范围内，应添加接地负载电阻。

订购信息

该系列产品提供工业和消费级以及汽车级两种类型，不同类型的产品在通道数、封装、增益等方面有多种选择，并且提供了详细的订购代码和标记信息。在订购时，需要根据实际需求选择合适的产品。

总结

安森美的NCS21673和NCS21674系列电流检测放大器具有宽共模输入范围、低失调电压、低电流消耗等优点，适用于多种应用场景。在设计过程中，工程师需要根据具体需求选择合适的增益、分流电阻等参数，并注意输入滤波、关断功能等方面的设计要点。通过合理的设计和使用，能够充分发挥该系列产品的性能优势，提高系统的可靠性和测量精度。

各位工程师朋友们，在实际应用中，你们是否遇到过类似电流检测放大器的使用问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你们的经验和见解。