【经验】高精度单向和双向电流感应放大器TS1100/TS1101/TS1102/TS1103评估板使用指南

TS1100/TS1101/TS1102/TS1103单向和双向电流感应放大器（CSA），是SILICON LABS（芯科科技）推出的超低功耗的电流感应放大器，供电电流低至0.68µA。TS1100和TS1101高侧电流感应放大器拥有最大为100µV的输入失调电压（V_OS）和最大仅为0.6%的增益误差（GE）两个优秀性能参数，这使得TS1100和TS1101可以完成任何精密的电流测量任务。TS1102和TS1103拥有最大200µV的输入失调电压，和最大仅为0.6%的增益误差。在所有高侧电流感应应用中，TS1100/TS1101/TS1102/TS1103都自供电，且提供一个宽的共模输入电压范围，从2V到27V皆可正常工作。对于双向的电流感应放大器TS1101和TS1103，还提供了一个可以表示当前电流方向的数字输出的比较器。TS1100/TS1101/TS1102/TS1103电流感应放大器可在-40℃-+105℃环境温度范围内正常使用。

1，TS1100/TS1102评估板描述

TS1100/TS1102评估板是对TS1100/TS1102全功能的装配和测试的电路板，可以完成对电流感应放大器TS1100/TS1102四种不同增益型号的性能参数评估，即25，50，100和200。评估板配置了一个R_SENSE = R1 = 50mΩ电阻，具有RS+ = VBATT，RS- = LOAD，输出电压 OUT = V_OUT测试点，如图1所示。

图1 TS1100/TS1102评估板实物图及原理图

评估板在V_BATT输入引脚保留了一个板载可选的0.1μF去耦电容（未安装），在V_OUT输出引脚上安装了一个47nF的电容。根据需要的负载电流，需要将一个外部的电阻或负载连接到 LOAD测试点。图2为TS1100/TS1102评估板元件清单。

图2 TS1100/TS1102评估板元件清单

2，TS1100/TS1102快速评估

设备需求：

    •TS1100或TS1102评估板

    •直流供电电源（HP6624A或同类设备）

    •两个数字电压表

    •负载电阻或者负载设备（根据I_LOAD需求选取）

评估板测试点与放大器信号对应关系如图3所示。不同增益放大器的配置如图4所示

图3 放大器信号与评估板测试点对应关系

图4 不同增益时的配置

通过以下步骤，可以完成对TS1100或TS1102评估板的测试：

    1，将直流电源连接到评估板之前，打开电源，将输出电压调至6V，将短路电流限制为比对应的负载电流高10%，然后关闭它。

    2，将直流电源的正极端子连接到评估板的V_BATT焊盘，负极端子连接到评估板GND焊盘。

    3，将一个数字电压表连接到TP+和TP-端子上，监视V_SENSE电压。

    4，将第二个数字电压表的正极连接到评估板的V_OUT端子上，负极连接到评估板GND端子。

    5，根据图4，选择电流感应放大器对应增益的负载电阻或者负载设备。将负载电阻或负载设备的一端连接到LOAD焊盘，另一端连接到GND。

    6，打开直流电源，查看输出电压V_OUT。TS1100的输出电压计算表达式为：

 V_OUT = I_LOAD x 50mΩ x R_OUT / R_GAIN

    其中，内置R_OUT和R_GAIN的值对应如图5所示。

图5 不同增益R_GAIN及R_OUT值

    7，TS1100的实际输出电压V_OUT是与输入失调电压V_OS、增益误差、感应电阻R_SENSE1%公差及负载电阻或设备的公差有关系。

3，TS1101/TS1103评估板描述

TS1101/TS1103评估板是对TS1101/TS1103全功能的装配和测试的电路板，可以完成对电流感应放大器TS1101/TS1103四种增益产品，即25，50，100和200的性能参数评估。评估板配置了一个R_SENSE = R1 = 50mΩ电阻，具有RS+ = VBATT，RS- = LOAD，输出电压 OUT = V_OUT测试点。另外，TS1101/TS1103评估板还有V_DD及SIGN测试点。

图6 TS1101/TS1103评估板原理图及物料清单

评估板分别在V_BATT处添加了一个可选的0.1μF的去耦电容（未安装）和V_OUT输出端口处添加了一个47nF电容。根据负载电流需求，需要一个外部的负载电阻或负载设备连接到LOAD端子。

因为TS1101和TS1103是双向电流感应放大器，所以它们的评估板可以设置为测量两个方向的电流。两种方向连接方式如图7所示。电流的方向可以根据SIGN引脚电压判断。如果V_RS+ > V_RS-，则SIGN引脚输出逻辑高电平或者V_DD电压，反之则输出逻辑低电平或者GND电压。评估板也提供了V_DD测试点，V_DD可以用来给内置的电流方向判断的放大器提供电源，SIGN的输出电压是它的供电电压。

图7 测试电流方向与连接方式对应关系

4，TS1101/TS1103快速评估

设备需求：

    •TS1101或TS1103评估板

    •直流供电电源（HP6624A或同类设备）

    •三个数字电压表

    •负载电阻或者负载设备（根据I_LOAD需求选取）

评估板测试点与放大器信号对应关系如图8所示。不同增益放大器的配置如图9所示。

    图8 评估板测试点与放大器信号对应关系

图9 不同增益配置

通过以下步骤，可以完成对TS1101或TS1103评估板的测试：

    1，将直流电源连接到评估板之前，打开电源，将一个输出电压调至6V，另一个设置为1.8V。将每一路短路电流限制为比对应的负载电流高10%，然后关闭它。

    2，对于V_RS+ > V_RS-应用，将6V电源正极连接到V_BATT测试点，负极连接到GND测试点。1.8V电源正极连接到V_DD测试点，负极连接到GND。对于V_RS- > V_RS+应用，参考图7进行连接。

    3，将一个数字电压表连接到TP+和TP-端子上，监视V_SENSE电压。

    4，将第二个数字电压表的正极连接到评估板的V_OUT端子上，负极连接到评估板GND端子。

    5，为了查看电流方向，需要将第三个数字电压表的正极连接到SIGN端子，负极连接到地。

    6，根据图10，选择电流感应放大器对应增益的负载电阻或者负载设备。将负载电阻或负载设备的一端连接到LOAD焊盘，另一端连接到GND。

    7，打开直流电源，查看输出电压V_OUT。TS1101/TS1103的输出电压计算表达式为：

 V_OUT = I_LOAD x 50mΩ x R_OUT / R_GAIN[A/B]

    其中，内置R_OUT和R_GAIN的值对应如图5所示。

图10 不同增益R_GAIN及R_OUT值

    7，TS1101/TS1103的实际输出电压V_OUT是与输入失调电压V_OS、增益误差、感应电阻R_SENSE1%公差及负载电阻或设备的公差有关系。