用于测量负载电流的标准方法之一是在负载线上插入一个低阻值电阻器，然后检测其两端电压，如图1所示，接下来就是欧姆定律的模拟或数字实现。
图1：(a)可以将电流检测电阻放置在电源轨和负载之间(高边)，或(b)放在负载和地之间(低边)。高边检测更难实现，但其在许多情况下具有显著系统优势。(图片来源：ADI)
与许多工程决策一样，选择使用什么电阻值是一种权衡。高阻值电阻会在其两端产生较高的IR压降和电压，从而能简化电压检测并提高信噪比(SNR)。然而，这却会减少可能流向负载的功率，并且这种耗散也可能会导致电阻自热，从而带来漂移和可靠性问题。
相比之下，低阻值电阻可以最大限度地降低这种压降，但却会带来精度和信噪比问题。较低的电压降也会受到检测放大器电路(这类应用几乎总是采用运放设计)中缺陷的影响，因为其中存在着输入电压偏移和偏置电流及其随后与温度相关的漂移——它们全都可能破坏感测值而使其超出容许范围。
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一般来说，最好使用低阻值的电阻器，这样其相关的压降和功耗就较低，总体上就更好，但这只能达到一定程度。一个基础指导原则是以最大电流下产生100mV压降来确定电阻器的大小。对于许多应用，采用快速V=IR计算，就可将电流检测电阻的值设置在1到10mΩ之间。然而，在低压应用中，即使是适度的100mV压降以及相关耗散，也可能超出可接受的范围。
近年来，用于读取检测电阻两端电压的精密低压运放的出现，使得亚毫欧电流检测电阻的使用成为可能。诸如TI INA185和ADI AD8417的这些运放，具有超低电压偏移和偏置电流以及低温度系数，因此使用这种低欧姆电阻就很实用。
然而，与几乎每次进步一样，都有一系列新的考虑和担忧。我看到了TT Electronics的业务开发工程师Stephen Oxley写的一篇出色的应用笔记。他讨论了使用这些低欧姆值电流检测电阻时，如何克服其固有的挑战(图2)。
图2：来自TT Electronics的LRMAP3920系列表贴电阻的尺寸约为5×10mm，可提供0.2mΩ至3mΩ的阻值。(图片来源：TT Electronics)
在他篇幅相对适中且可读性很强的文章“Overcome the Challenges of Using Sub-Milliohm SMD”(克服使用亚毫欧SMD的挑战)中，他解释了使用这些电阻器不同于甚至是毫欧级电阻器的许多方式，以及如何不恰当地使用它们，会使其精度、一致性甚至可信度受到影响。
该应用笔记提供了在使用亚毫欧检测电阻时需要注意的三个方面：
在众多细节中，有与几乎要强制使用四线开尔文连接相关的问题，以及其连接位置和方式的细微差别会如何影响性能；预估和适应由不同金属结点的热电效应所产生的电压差；整个传感组件的电流通路和电压传感回路；使用多个并联电阻来降低净电阻或增加额定处理功率的不同方法(图3)；当然，还有不可避免的散热考虑。简而言之：当检测电阻器本身为亚毫欧时，电阻器到电路的通路和接触电阻将成为情况的重要组成部分。
图3：在使用超低阻值的电阻时，即使是使用两个并联电阻的简单原理，也会在电流通路方面带来微妙的layout考虑。(图片来源：TT Electronics)
我不会对这篇文章进行详细总结，对你来说读它才更有意义。请注意，这篇文章几乎完全是关于电阻器、材料、终端和电流通路的，几乎没有提到相关的电子电路——这是另一个你必须计算误差预算的地方。
再一次，最初看起来是个简单而有益的方案，实际上却充满了许多微妙之处以及错误运用新元件的方法，从而否定了它可能提供的任何好处。毕竟，还有什么比检测电阻和欧姆定律更基础的呢？
更糟糕的是，我们实际上可能得到了较差的结果而却浑然不知，还以为自己的读数是准确而又一致的，结果却发现信号和数据具有误导性。这再一次证明了，说“这只是个简单的改变”或“一切都很好”的任何人，要么是个资深的经验丰富的工程师，要么是他在专业技能上的反面。
你是否曾经将新的设计或元器件方案视为一种改进的有益的替代方案，但后来却发现它也有出乎意料的缺点？这些负面因素是你可以通过做更多的功课来预测和更好地评估的，还是故意或只是由于情况复杂而被埋得很深的？
（原文刊登于EDN美国版，参考链接：Sub-milliohm resistors bring current-sense benefits but also challenges，由Franklin Zhao编译。）
本文为《电子技术设计》2022年12月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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