9.2.2 详细设计流程

负载电流，I_LOAD，流经分流电阻器 (R_SHUNT)，产生分流电压，V_SHUNT。然后由差分放大器放大分流电压，差分放大器由 U1A 和 R₁ 至 R₄ 构成。差分放大器的增益通过 R₄ 与 R₃ 之比设定。为了最大程度地减少误差，设置 R₂ = R₄ 和 R₁ = R₃。参考电压 V_REF 通过使用 U1B 缓冲电阻分压器的方式提供。传递函数由 Equation 1 确定。

Equation 1.

where

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该设计中存在两种误差类型：失调电压和增益。增益误差是由分流电阻器的容差和 R₄ 与 R₃ 之比，以及类似的 R₂ 与 R₁ 之比造成的。失调电压误差是由分压器（R₅ 和 R₆）以及 R₄/R₃ 之比与 R₂/R₁ 之比之间的接近程度而造成的。R₂/R₁ 之比影响差分放大器的 CMRR，最终导致了失调电压误差。

这是低侧测量值。所以，V_SHUNT 的值是系统负载的接地电势。因此，对 V_SHUNT 使用最大值非常重要。在此设计中，V_SHUNT 的最大值设置为 100mV。Equation 2 计算分流电阻器的最大值，假设最大分流电压为
100mV，最大负载电流为 1A。

Equation 2.

R_SHUNT 的容差与成本成正比。在此设计中，选择容差为 0.5% 的分流电阻器。如果需要更高的精度，则选择容差为 0.1% 或更好的电阻器。

由于负载电流是双向电流，因此分流电压范围为 –100mV 至 100mV。此电压在到达运算放大器 U1A 前，由 R₁ 和 R₂ 分压。请务必确保 U1A 同相节点处的电压在器件的共模范围内。

所以，使用共模范围扩展到低于负电源电压的运算放大器（如 OPA374）非常重要。

假设对称负载电流为 -1A 至 1A，分压电阻器（R₅ 和 R₆）必须相等。为了与分流电阻器保持一致，必须选择 0.5% 的容差。为了最大程度地降低功耗，使用了
10kΩ 电阻器。

要设置差分放大器的增益，必须考虑 OPA374 的共模范围和输出摆幅。Equation 3 和 Equation 4 显示了 OPA374 的典型共模范围和输出摆幅（假设使用 3.3V 电源）。

现在可通过 Equation 5 中所示的公式计算差分放大器的增益。

Equation 5.

为 R₁ 和 R₃ 选择的电阻器值为 1kΩ。为 R₂ 和 R₄ 选择 15.4kΩ 是因为它最接近标准值。所以，差分放大器的理想增益是 15.4V/V。

由于电路的增益误差主要取决于 R₁ 至 R₄，因此选择了容差为 0.1% 的电阻器。该值降低了设计中需要两点校准的可能性。如有需要，简单的一点校准可消除 0.5% 电阻器产生的失调电压误差。