只要仔細考慮放大器的電氣特性以保持線性運行，設計高側電流監(jiān)控電路就很簡單。在配置系統(tǒng)時，還必須考慮其他特性，例如電流監(jiān)控器級之后的模數(shù)轉換器 (ADC) 的輸入電壓范圍。

圖 7-4 采用增益級的高側電流檢測

例如，考慮設計一個 TLVx888 高側電流監(jiān)控器，該監(jiān)控器的輸出電壓范圍設置為與滿量程輸入范圍為 0V 至 5V 的 ADC 輸入兼容。盡管 TLVx888 被指定為軌到軌輸出放大器，但線性輸出工作范圍（正如所有放大器）不會一直擴展到電源軌。必須考慮該線性工作范圍。

在此設計示例中，TLVx888 由±15V 供電；因此，該器件能夠輕松提供 0V 至 5V 的擺幅；如果 ADC 具有更寬的輸入范圍，甚至可以提供更大的擺幅。

運算放大器線性輸出電壓范圍的最佳測量源于《電氣特性》表中列出的開環(huán)電壓增益 (A_OL) 規(guī)格。A_OL 測試條件指定了從每個電源軌到 600mV 的線性擺幅范圍 (R_L = 10kΩ)。

本例中使用了 100mA 的額定負載電流 (I_L)。然而，在大多數(shù)應用中，監(jiān)控遠低于 100mA 的電流電平的功能很有用。

電流檢測電阻器 R_S 的選擇歸結為最大電流下可以承受的壓降大小，以及允許的功率損耗或耗散。100mA 檢測應用的一個良好折衷方案是100mΩ 的 R_S。該值會導致 1mW 的功率耗散，以及 100mA 時的 10mV 壓降。

接下來，確定 TLVx888 差分放大器電路的增益。流經(jīng) 100mΩ 檢測電阻器的 100mA 最大電流在電阻器上產(chǎn)生 100mV 電壓。差分放大器的增益受所需輸入共模電壓的限制。例如，1/2 的增益會提供電路所見的高側電壓的 1/3 衰減。此衰減足以將輸入共模保持在 TLVx888 的范圍內(nèi)，即 (V+) ? 1.7V。

在 TLVx888 差分放大器電路輸入端施加的差分電壓會由差分放大器進行衰減，并且需要一個增益級來確保適當調節(jié)。方便起見，可以使用 TLV2888 的第二個通道。超低偏移電壓和寬帶寬可實現(xiàn)非常高的增益配置。在此示例中，1000V/V 的增益為 0V 至 5V 輸出提供了必要的調節(jié)。

TLVx888 輸出電壓特意限制為 5V。但是，由于電源電壓為 ±15V，輸出電壓可能會高得多，以支持具有更寬動態(tài)范圍的更高電壓數(shù)據(jù)轉換器。

TLVx888 輸出以及其他 CMOS 輸出放大器的擺幅通常會接近 0V（在單電源配置中），而不是線性輸出參數(shù)建議的值。電壓輸出擺幅 V_O（請參閱《電氣特性》表）并不表示線性輸出范圍，而是表示輸出可以向電源軌移動的接近程度。在該區(qū)域中，放大器輸出接近飽和，并且放大器停止線性工作。因此，在電流監(jiān)視器應用中，電流測量能力可以繼續(xù)遠低于 600mV 輸出電平。不過，請記住，線性誤差會變得很大。

最后，以下是關于盡可能提升高側電流監(jiān)控器性能的一些注意事項：

1. 所有電阻值對于獲得準確的增益結果都至關重要。盡可能匹配【R1 和 R3】與【R2 和 R4】的電阻器對，從而盡可能減少共模不匹配誤差。使用容差為 0.1% 或更好的電阻器。通常，與隨機選擇相比，選擇卷帶上的兩個相鄰電阻器可以提供緊密匹配。RES21A 提供了更優(yōu)雅的電路設計，其性能優(yōu)于分立式 0.1% 電阻器。
2. 將差分放大器的閉環(huán)增益 G 設置為合理的值，以降低增益誤差并更大限度地提高帶寬。TLVx888 的高帶寬可實現(xiàn)極高的增益配置。
3. 盡管通常會使用電流監(jiān)控來監(jiān)控直流電源電流，但也可以監(jiān)控交流電流。需要特別注意電路的?3dB 截止頻率。

有關基于放大器的高側電流監(jiān)控器的更多信息，請參閱 TI 模擬工程師電路設計指導手冊：放大器。