INA186-Q电流感应放大器

标签：Q1 输出放大器感应电压 INA186 电流输入

一、主要特征

符合面向汽车应用的AEC-Q100标准，温度等级1：-40℃~125℃
宽共模电压VCM：-0.2V~40V，最高可承受42V的电压
低输入偏置电流Iib：500pA（典型值）
低电压电压VS：1.7V~5.5V
低静态电流Iq：48uA（典型值）
共模抑制比：120dB（最小值）
增益误差Eg：±1%（最大值）
增益便宜：10ppm/℃（最大值）
失调电压Vos：50uV（最大值）
失调漂移：0.5uV/℃（最大值）
支持双向电流感应
增益比：

支持SC70（双向电流感应）和 SOT-23（单向电流感应）两种封装

二、适用场景

车身控制模块
远程信息处理控制单元
紧急呼叫ecall
12V电池管理系统BMS
汽车音响主机

典型应用如下：

三、管脚定义

具体封装如下：

管脚定义：

四、规范

1.绝对最大范围参数

2.ESD

3.建议工作状态参数

4.发热信息

5.电气参数

T A = 25°C, V SENSE = V IN+ – V IN– , V S = 1.8 V to 5.0 V, V IN+ = 12 V, and V REF = V S / 2的状态下：

6.典型参数

在T A = 25°C, V SENSE = V IN+ – V IN- , V S = 1.8 V to 5.0 V, V IN+ = 12 V, V REF = V S / 2调件下测试。

不同规格芯片在不同频率下的增益，可以看到10k频率内增益大小比较稳定，然后随频率升高开始逐渐降低：

PSRR和频率的对应关系：

A3类型芯片的共模抑制比CMRR和频率的关系：

输出电压摆幅和输出电流的关系，可以看的如果输出电流比较大，则最大允许摆幅会降低：

输入偏置电流和共模电压的关系：

静态电流和温度的关系：

A3类型芯片信号响应：

A3类型芯片共模信号的瞬态响应：

A3类型芯片输入过载的响应：

A3类型芯片不同类型下的启动响应：

A3芯片的使能响应：

输出泄露电流和输出电压的关系：

输出阻抗和频率的关系：

五、详细说明

功能框图：

1.特征描述

1）精密电流测量

INA186-Q1允许在宽动态范围内进行精确的电流测量。该器件的高精度归因于低增益误差和偏移规格。INA186-Q1的偏移电压小于±50 uV。在这种情况下，当VIN+接近VIN-时，低偏移提高了轻负载时的精度。低偏移的另一个优点是能够使用较低值的分流电阻器，这减少了电流感应电路中的功率损耗，并提高了最终应用的功率效率。

INA186-Q1的最大增益误差规定为±1%。随着感应电压变得比偏移电压大得多，增益误差成为电流感应测量中误差的主要来源。当设备监测电流接近满量程的电流时，总测量误差接近增益误差的值。

2）低输入偏置电流

INA186-Q1不同于许多电流感应放大器，因为该器件提供非常低的输入偏置电流。INA186-Q1的低输入偏置电流具有三个主要优点。

第一个好处是减少了设备消耗的电流，降低功率。经典的电流感应放大器拓扑通常在输入端消耗数十微安的电流。对于这些放大器，输入电流是设置增益和附加电流以偏置输入放大器的电阻网络导致的。为了将偏置电流降低到接近零，INA186-Q1在输入级上使用电容耦合放大器，然后在输出级上使用差分放大器。

第二个好处是在信号被放大之前使用输入滤波器来抑制高频噪声的能力。在传统的电流感应放大器中，增加输入滤波器是以降低精度为代价的。然而，由于低偏置电流，输入滤波器对INA186-Q1的测量精度几乎没有影响。

第三个好处是能够使用更大的电流感应电阻，从而使该设备能够准确地监测低至1 uA的电流。

3）低静态电流

该设备具有低静态电流（IQ）的特点，同时提供足够的小信号带宽，可用于大多数应用。INA186-Q1的静态电流仅为48 uA（典型值），同时在增益为100的情况下提供35 kHz的小信号带宽。低lQ和良好的带宽使该设备能够在许多便携式电子系统中使用，而不会过度消耗电池电量。由于许多应用程序只需要周期性地监测电流，INA186-Q1具有一个使能引脚，可以在需要时关闭设备。当处于禁用状态时，INA186-Q1通常消耗10nA的总电源电流。

4）双向电流检测

具有REF引脚的INA186-Q1器件可以在两个方向上感应通过感应电阻的电流。双向电流感应能力是通过在REF引脚处施加电压以偏移输出电压来实现的。在输入处感测到的正差分电压导致大于所施加的参考电压的输出电压。同样，输入端处的负差分电压导致输出电压小于所施加的参考电压。输出电压和参考电压的关系如下：

5）高压侧和低压侧电流感应

由于芯片支持-0.2V~40V的宽范围共模电压，且不受芯片供电VS的限制，芯片支持在高压侧或低压侧去检测电流，具体如下：

6）高共模抑制

INA186-Q1在前端使用电容耦合放大器。故直流共模电压和从下游电路阻断，从而导致非常高的共模抑制。INA186-Q1的共模抑制大约为150dB。抑制直流共模电压变化的能力允许INA186-Q1在偏移电压变化很小的情况下监测高压和低压轨道电流。

7）轨对轨输出电压摆幅

INA186-Q1允许线性电流感应的输出电压靠近供电电压和GND。最大指定输出摆幅为VS-40mV，最小输出摆幅为GND+1mV。接近轨的输出摆幅有助于最大限度地扩大可用输出范围，尤其是在使用1.8V电源操作设备时。

2.功能模式

1）正常模式

当芯片工作以下状态时正常工作：

输入电压VS：1.7V~5.5V
共模电压VCM：-0.2V~40V
差分信号输入在规定范围内（Vzl≤乘以增益+Vref≤Vsp）
使能管脚EN高电平（也可以连在VS上）

对于没有REF管脚的芯片，则认为Vref=0V即可。

2）单向模式

芯片支持单向和双向电流感应，这个具体取决于REF管脚如何连接，当REF直接对地短路，则是单向模式，如下图：

输出级的线性范围受到输出电压在零输入条件下接近地的程度的限制。INA186-Q1的零电流输出电压非常小，对于大多数单向应用，REF引脚接GND即可。但是，如果测量的电流*电流感应电阻*器件增益还是小于零电流输出电压，则需要将REF引脚偏置到高于零电流输出电压值，以使输出进入器件的线性范围。为了限制共模抑制误差，REF管脚的参考电压需要连接一个buffer。

还有一种不太常用的输出偏置方法是将REF引脚连接到电源电压Vs。当没有差分电压输入时，这种方法导致输出电压饱和在比电源电压低40mV处。类似于REF引脚接地时没有差分输入电压的输出饱和低状态。此配置中的输出电压仅对IN-引脚的负差分输入电压的电流作出响应。在这些条件下，当负差分输入信号增加时，输出电压从饱和电源电压向下移动。施加到REF引脚的电压不得超过VS。

REF引脚在单向操作中的另一用途是对输出电压进行电平移位。设备接地设置为负电压，因此可以测量偏置到负电源的电流，只要输入不超过共模范围要求，并且VS和GND之间的电压差不超过5.5V。如下图在这个例子中，INA186-Q的输出被馈送到正偏置的ADC中。通过将REF引脚接地，输出端的电压将为正，不会损坏ADC。为了确保输出电压永远不会变为负，电源顺序必须先为正电源，然后为负电源。

3）双向模式

REF引脚接入参考电压即可进行双向电流测量，0输入状态的输出电压就是参考电压。当正向电流导致的正差分电压输入时，输出电压从Vref开始增加，反之则从Vref开始降低。Vref电压可以是0V~Vs之间的任意值。4

4）输入差分过载

输入差分过载（增益后超过规格），则输出电压达到饱和值不再变化，因此无法保证精度。解决方法是降低采样电阻或者更换增益更低的规格芯片。如果过载只是瞬间的一个异常状态，则在异常消失后80us后输出电压可恢复到正常状态。

5）关机

EN管脚低电平时芯片关机，此时静态电流的典型值为10nA，并且输出为高阻态模式，这就允许多个芯片并联连接到ADC采样模块，如下：

在使用电池供电的场景中，低静态电流会增加电池寿命。当芯片重新开机，一般是EN高电平后130us输出电压稳定。

六、应用信息

1.基本连接

采样电阻的基本连接形式是开尔文连接方法，同时需要采样电阻尽可能靠近芯片。

2.采样电阻和增益选择

采样电阻应在允许测试电流范围内阻值尽量大，以减小误差保证测试精度。但实际应用中还需要考虑电阻的额定功率，计算公式如下：

同样，输出电压范围和增益大小也限制了采样电阻的选择，对于正向电流如下：

对于反向电流如下：

3.信号调节

在噪声环境中进行精确的电流测量时，电流感测信号通常需要被滤波。INA186-Q1具有低输入偏置电流的特点，因此可以在不牺牲电流感测精度的情况下向输入添加差分模式滤波器，这样就可以信号被放大之前衰减不同的噪声。具体举例如下图：

差分输入阻抗和温度的关系如下：

随着电流的增加，滤波电阻RF上的压降也随之增加，这会导致增加增益误差。

INA186-Q1的输入级使用电容反馈放大器拓扑结构，可以实现高直流精度。也导致，芯片可以放大10mV或更大的信号幅度和数百纳秒及以上持续时间的周期性高频分流电压（或电流），即使这些瞬时信号大于带宽。在这些应用中使用差分输入滤波器，以最大限度地减少INA186-Q1输出处的干扰。

INA186-Q1的高输入阻抗和低偏置电流在不影响电流测量精度的情况下提供了输入滤波器设计的灵活性。例如，设置RF=100 Q和CF=22 nF，实现36.2KHz拐点频率的低通滤波器。这些滤波器值在不严重影响精度的情况下显著降低了输入端的大多数不需要的高频信号。如要降低拐点频率，请增加CF的值。

如果存在高频共模噪声，可以在OUT输出管脚上加上RC滤波，可以帮助过滤差分和共模噪声以及芯片内部的噪声等。但是RC滤波器会影响输出阻抗，即影响输出负载能力，需要综合考虑。TI专门有研究报告，有兴趣的可以看下：https://www.ti.com/lit/an/slya029/slya029.pdf?ts=1720508722002&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com.cn%252Fdocument-viewer%252Fcn%252FINA2191%252Fdatasheet%252FGUID-6773BE95-ADBF-4F49-9D86-D576DCF92019

其中有个例子可以看下，如下图：