為什么我們要選擇CSA

在電路系統中，電流采樣如果按共模電壓去分，那么電流采樣分兩種，

1.高位電流采樣

2.低位電流采樣

高位電流采樣一般是Rshunt串在非地的輸出上，低位電流采樣是Rshunt接在地上面，在電源系統中若是輸出要直接并聯要選擇高位電流采樣，低位采樣不能將輸出直接并聯，如下圖

圖1：高位采樣和低位采樣

使用低位采樣的時候經常有直接使用OPA去構建的，通常使用較低Vos的opa去構建，如opz30這樣的運放，如下圖所示

圖2:opz30參數

Opz30其自身的offset比較小，適合放大比較小的信號。

Example1：

Input voltage=0.1mV

Opz30 gain=100

Output voltage=(input voltage +Vos)*gain

因為Vos會被一起放大，所以小信號的放大Vos至關重要！

在信號比較小的時候，Vos會占輸出誤差比較大的比較重，若是信號比較大，那么輸出的Gain error就會占比較大的比重。

使用外部電路構建電阻匹配是比較麻煩的事情，即使是0.1%的電阻最大誤差可能約0.2%

圖3：LTspice仿真圖

仿真代碼如下

使用csa23做為電流采集時候他的Gain error僅為0.02%如下圖所示

圖4:csa2302 數據表

在使用低位電流采樣時候分立器件會遇到這些問題，高位電流采樣也同樣會遇到，但是在做高位電流采樣時候電阻不匹配還會大大降低cmrr，我們看下圖

圖5:仿真cmrr1Vout約2.0072V. Vcm=5V

圖6:仿真cmrr2 Vout約2.0020V Vcm=0V

關于cmrr的定義就是?vcm/?vout=cmrr

那么我們粗略的計算下

約等于1000倍，也就是60db左右，那么csa2302的cmrr又是多少我們再去看看手冊

圖7:csa2302 cmrr

155db,將db換算回去，就是155/20=7.75，那么10^7.75相當牛逼，雖然這是帶Gain情況下的。

小結：

因為vos，gain error，cmrr 的原因。我們電流采樣時候選擇csa更加合適。若是非要使用普通放大器去采集電流建議選擇opz30這樣的運放

CSA和INA的區別是什么

INA的GAIN大多是可控的，引腳排列順序一般是1-8腳為GAIN設置電阻，或者是2-3腳為GAIN設置電阻。

CSA的GAIN大多是固定的，通常的檔位有10倍 20倍 50倍100倍 200倍

INA的輸入阻抗更高，可以直接接高阻輸出的傳感器，CSA相對來說輸入阻抗要低的多。例如INA可以直接作為ECG的輸入級。參考如下

圖8:AD620 做為ECG輸入端

圖9:AD620輸入阻抗

雖然INA有這樣那樣的好處，但是INA的共模輸入電壓一般不高，而CSA2302這樣的CSA他的共模電壓就會高許多。如下圖所示

圖10:CSA23共模輸入范圍

需要值得注意的一點是，不是所有CSA的共模電壓輸入范圍都可以到0V，在選用CSA的時候要注意其共模電壓輸入范圍。

當我們使用INA或者CSA采集非常小的電流時候，放大器的ibias將會影響電流采樣精度。如下圖所示。

圖11:ibias圖

CSA如何影響我們的系統

在整個電路系統中CSA當然是一個比較小的組件，我們只是盡可能的希望將電流采集的準，以上我們已經講了各個CSA的參數對輸出的影響，若是要消除這些影響我們要去怎么做。

1.可以校準的是gain error和offset

2.約等于，不可以校準的是cmrr和drift

Gain error就是直線的斜率，若是直線的斜率不是45°，那么我們可以給直線*一個k其等于45°，而offset則是b，直線不在原點我們就可以對其x軸做個偏移，最終得的直線公式就是y=kx+b

圖12:直線圖

分流電阻的選擇

在電流采樣電路中，分流電阻的選擇依據主要是其溫漂，和電阻自身的精度，還有電阻的功率，通常合金電阻都能到達比較高的功率。分流電阻選擇時候應該考慮到adc的最大輸入范圍，最好把adc的范圍給用滿，以此獲得更高的采樣精度。

Tips：電阻溫漂有的廠商寫的是TCR，有的廠商寫的是ppm

在電流檢測的場景中，許多電阻都是帶kelvin的引腳，防止由于布線不當引起的額外誤差。參考電路如下所示。

圖13:電阻布線圖

電阻的腳上也是有阻抗的，若是采樣線在電阻的腳上，則電阻腳上的阻抗上面采集的電壓也會被采集進去，在更高精密的場合需要注意的是，電阻上的金屬和PCB以及焊錫會形成熱電偶可能要進行一些補償。

實際上在PCB上是什么樣子？我們一起看看

圖14:無kelvin電阻布線 來自isabell

若是布線走在電阻底下，誒就近似了開爾文連接，連接點上沒有壓降導致的額外誤差。