1 引言

电流检测放大器通常由单电源供电，设计用于在远超过电源电压的输入共模范围内工作。同时，差分输入电压 V_sense 需要精确放大而不失真。理想情况下，V_sense 的范围仅受电源电压限制，并一直向下扩展至接地（包括接地）。

单向 CSA 仅线性响应沿一个方向流动的电流，输出沿一个方向以与输入差分信号成正比的方式移动。反向流动的电流会导致输出崩塌至电源轨之一，通常是接地。

图 1-1 单向响应

图 1-1 说明了具有双极差分电压输入的单向 CSA 的最佳输出响应。当 V_sense 为正时，CSA 可以精确放大输入信号，没有任何失真或延迟。当 V_sense 为负时，输出会崩塌至接地或 0V。

图 1-2 展示了单向 CSA 的直流输入/输出传递函数。假设电源电压为 V_s，最佳传递函数由黑色分段线性曲线（实线）表示。当 V_sense 处于接地至 V_s/Gain 范围内时，输入/输出传递曲线是一条穿过 (0, 0) 和 (V_s/Gain, V_s) 的直线，其中 Gain 表示 CSA 增益。当 V_sense 低于 0V 时，输出始终保持为接地；当 V_sense 大于 V_s/Gain 时，输出始终保持为 V_s。

图 1-2 单向 CSA 传递函数

除非涉及特殊电路（例如电荷泵），否则在实际部署时，可能的最小 V_sense 通常会受到限制，该值不包含 0V。当低于最小 V_sense 的限值时，放大器输出不能再被视为输入的可靠表示。

典型的 CSA 输出无法进行轨至轨摆动。红色曲线展示了更真实的输入/输出传递函数，该曲线被夸大了，目的是展示相对于理想曲线的偏差。

当 V_sense 接近零时，输出会出现摆动至接地限制。V_sense 的持续下降无法再使输出电压按比例下降，最终在高于接地的电平处停止。输出摆动至接地特性限制了 V_sense 可以有多低。同样，在高侧，摆动到电源电压对 V_sense 施加了上限。

对于双向 CSA，允许电流沿任一方向流动。器件的输出偏离静态输出电平，与输入差分信号成正比。双向 CSA 输出能够向上移动至电源电压或向下移动至接地这一事实意味着静态输出电平对应于零电流。在这些器件中，通常有一个或两个输出基准引脚。会通过使用合适的源驱动基准引脚来对输出进行电平转换。图 1-3 展示了相同的双向输入被准确再现。通过将静态输出设置为等于或接近任一电源轨，可以将双向 CSA 配置为单向。

图 1-3 双向响应

通常将双向 CSA 静态输出电平配置为接地和 V_s 之间的中间值。1/2 Vs 的 V_ref 允许相对于接地的对称双向输入。将图 1-2 的 CSA 配置为双向，同时保持所有其他特性不变，可获得如图 1-4 所示的传递函数。线性输入范围现在包括 0V。

图 1-4 双向 CSA 传递函数