在众多电子应用场景中，电流测量是一项至关重要的工作。大量数字万用表能够高精度地测量最高 10A 的电流，然而，当需要测量更大的电流时，就必须探寻其他方法。在负载回路中串联电流检测电阻并测量其两端的电压降，是一种常见的电流检测手段，但这种方法并非毫无代价。检测电阻两端的电压需要在为负载提供最大电压和使检测电阻热耗散最小化之间取得平衡，同时阻值又要足够大，以保证能够高精度测量电压。此外，使用示波器等设备测量电压时，若接地线不以地为基准，测量结果可能会不准确。
　　本文所介绍的电路，能够助力高精度测量检测电阻两端的较低电压，并产生一个放大的、以地为基准的输出电压。
　　电路
　　如图 1 所示，该电路采用 LTC6102 和 Isabellenhütte 的 50?Ω 分流器。负载中的电流在检测电阻 R1 上产生电压。该器件的反馈回路会让电流流入 - INF 引脚，从而使 + IN 和 - INS 保持相同电压。因此，R1 上的电压与 R2 上的电压相同，流经 R2 的电流低于负载电流，降低幅度取决于 R2 与 R1 之比。此电流流经 OUT 引脚，并在 R3 上产生可测量的电压。

　　输出电压可由相关公式表示，经过变换能得到更便于计算的公式。

　　直流测量

　　为避免使用大电流评估电路性能，可将 50Ω 分流电阻替换为 1Ω 精密电阻。这样，电路仍能产生相同输出电压，但负载电阻提升了 20,000 倍。此外，大值负载电阻可使测试引线的阻抗不影响电阻读数。通过标准万用表测量负载电阻两端的电压和负载阻值，就能高精度地计算负载电流。
　　　图 2 中的表格展示了使用 1Ω、1% 电阻作为分流电阻，在不同负载下的测量结果。A、B 和 D 列的读数通过校准的万用表测得。C 列的计算方法是将负载两端的电压（A 列）除以测得的负载电阻（B 列），再乘以检测电阻；E 列是将分流电压除以 150 (R2)，然后乘以 4990 (R3)；F 列是从测得的输出电压（D 列）中减去计算得到的输出电压（E 列），再除以计算得到的输出电压。
　　输入失调电压会给检测电阻两端测得的电压带来误差，所以检测电阻两端的电压必须显著高于失调电压。例如，若检测电阻两端电压为 100mV，电流检测放大器的输入失调电压为 1mV，后者将给读数带来 1% 的误差。分流电阻两端的电压越高，测量结果越准确，但分流电阻的热损耗会增加，导致负载上的电压下降。高失调电压还会限制能准确测量的负载电流的动态范围。随着负载电流减少，分流电阻两端的电压变小，输入失调电压导致的误差会成比例增加。
　　该器件的输入失调电压为 10?V，对测量误差的影响极小，能确保对宽动态负载电流进行准确测量。从图 2 和图 3 可以看出，当检测电压低于 55?V 时，失调电压开始引入显著误差。
　　　校准

　　从图 2 可知，985Ω 的负载电阻产生了 12.2234mV 的分流电压，与分流电压相比，输入失调电压微不足道，不会影响读数误差。此时可对系统进行校准，通过调整 R3，使测量电压等于计算的输出电压 406.63mV，从而消除电阻 R1、R2 和 R3 造成的误差。

　　图 2 显示，大电流下的误差为 - 0.65%，低电流下的误差为 + 3.94%。调整 R3 校准系统后，低电流下的误差为 + 4.59%，此时测得的输出电压应为 1.935mV。通过计算输出电压与新的测量输出电压之间的差值，可计算输入失调电压，这与数据手册中的输入失调电压值（约 3V）相符。
　　交流测量
　　既然 LTC6102 能进行高精度直流测量，那么它的交流测量能力如何呢？降压转换器的输入电流具有较大交流成分，若要确定其效率，IC 必须高精度测量此电流。
　　图 4 展示了频率响应，许多 DC - DC 转换器的开关频率在 200kHz 到 500kHz 之间，从图中可知在这些频率下衰减并不明显，所以测量降压转换器的输入电流时，该器件的输出会出现纹波。不过，若在输出电阻 R3 两端添加一个电容，衰减会大大增加。
　　为验证这一点，将输入电压为 15V、输出电压为 3.3V 的降压转换器 LTC3891 连接到 4.3A 的负载，并在输入线路中插入图 1 所示电路。用 7 个并联 1Ω 电阻代替 50?Ω 检测电阻，得到 142.8mΩ 的分流电阻。测量分流电阻两端的电压，结果如图 5 所示。
　　　将由 47Ω 电阻和 10F 电容组成的 RC 滤波器放在检测电阻两端，并测量滤波电容两端的电压，如图 6 所示。这样就能在不改变分流电阻值的情况下，用万用表更准确地测量输入电流。
　　　10F 电容两端的电压测量结果为 143.6mV，因此输入电流为 1.005A。
　　接着测量 LTC6102 的输出电压。图 7 显示了没有 0.1?F 电容情况下 R3 两端的输出电压。
　　　在 R3 两端添加一个 0.1?F 电容可使输出电压测量更准确，如图 8 所示。
　　　使用万用表测得 R3 上的输出电压为 4.75V，这相当于 142.79mV 的分流电压，因此分流电流为 0.999A，接近之前测量的 1.005A。值得注意的是，这两个电流的百分比差异为 - 0.57%，与图 2 表格中显示的误差相似。基于已知数值和测得的输出电压 3.28V，可计算 LTC3891 的效率。
　　测量大电流
　　将 30 个 4.7Ω 电阻并联连接，形成一个 156.6mΩ 负载。用长 10cm、截面积 10mm 的铜线连接这些电阻，根据铜的电阻率（ρ）为 1.68×10 - 8mΩm，可计算出铜线的电阻，经计算可知铜线增加的负载电阻可忽略不计。图 9 为连接到汽车电池的分流电路，使用热风枪将导线焊接到分流器上。　
　　电压表连接在负载两端和 LTC6102 的输出两端，115.4mV 的输出电压对应于 69.38A 的负载电流。对于 10.76V 电池，计算得到的负载电流为 68.68A，因此该器件的电流测量精度为 1%。
　　关于精度，需要说明的是，图 1 中 R2 的容差为 5%，50?Ω 分流器也是如此。若系统要在大电流下进行校准，应测量每个负载电阻的阻值，以便计算有效并联电阻。获得高精度的负载电阻值后，便可测量负载电压，进而确定系统在大电流下工作时的真实精度。