[FAQ] [参考译文] 【常见问题解答】INA181：如何为 INA18x-Q1 器件正确设计输入滤波器？

INA180 和 INA181 系列器件的输入滤波器相对简单、但需要讨论一些权衡因素、才能确保对设计进行优化。 本常见问题解答涵盖了有关输入滤波器的一些常见问题、以及设计如何最佳地优化 INA18x 器件以获得卓越性能。

我不希望在设计中实现 20/50/100/200 的增益。 我可以将电阻器与器件一致来更改增益吗？

出于精度原因、我们通常建议不要这样做。  我们的大多数电流检测放大器产品系列都通过修整内部电阻器来实现高精度。 不过、在此过程中、这些电阻器会相对彼此进行调整、而不是按照绝对值进行调整。 因此、这些电阻器的变化可能会高达±20%。 虽然这种变化的配置增益通常适用于标称检测、但它会在缩放的样本分布上向测量中注入额外的误差、该误差将远远超出数据表的预期性能。

不过、应该注意的是、对于低成本应用、这个误差可能是可以接受的。 有关此类用例的误差的更详细讨论和分析、请查看 电流检测放大器的输入电阻误差。

我担心我的设计中的快速瞬变或电感反冲违反数据表中规定的绝对最大条件。 我该如何防范这种情况？

电感负载在电流检测领域（包括电机，螺线管和非隔离式 DC/DC 测量）中变得越来越常见、其中电感器的存在会导致负载阶跃事件期间电压的瞬时变化。 对于在存在电感负载的情况下断电的共模电压、如下所示：

INA180 和 INA181 对共模电压有严格限制、必须遵守该限制以确保器件在运行期间不会损坏。 以上示例显示了电感负载在负载降压事件期间的共模转换。 INA181 的绝对最大限值如下所示：

通过将示波器捕获结果与“绝对最大值“表进行比较、我们可以看到此事件期间的 Vcm 降至远低于–0.3V、因此该事件可能会损坏器件。 反复暴露于此类事件会增加受损的可能性。

上述问题以及过压事件的解决方案是使用保护拓扑、如 电流检测放大器的 ESD、EOS 和闩锁效应事件的风险和预防中所示。 然而、此类拓扑面临的挑战是必须在上述方法与系统中允许的误差之间进行平衡。 如 INA181 数据表的第 8.1.3 节所述、放置在器件感测线上的大电阻可能会导致额外的误差。 例如、实验中使用了 INA181EVM、为各种电阻器和 560pF 差分电容器构建了一个低通滤波器、如下表所示。

对于上述情况、在所有情况下、

• 产生的真实分流电压为 50mV
• VREF 设置为 2.5V
• VS 设为 5V
• VDIFF 是在器件的实际引脚上测得的电压、因此是器件会放大的电压。
• 列出的电阻值为标称值、但电阻器容差也会导致此处产生额外的误差分布。 此处也忽略电阻漂移等温度影响、但也会影响总误差。
• 计算出的误差以无电阻情况下的测量电压 0.0500108V 为基准。

如果精度被侵蚀到不可接受的限制、这里的另一种解决方案是使用 INA240、INA241 或 INA296 等专为电感环境设计的器件、其中包含电荷泵、因此能够在负共模下工作、并能承受更大的脉冲（高达–20V，具体取决于器件）。

我是否可以、或者是否应该在滤波器中使用共模电容器？

此类滤波器中可以使用共模电容器、但存在一些必须解决的挑战。 通常、当系统的共模电压上发生较大的快速电压瞬变时、使用这些电容器。 它们还有助于滤除系统中的共模噪声。

但是、电流检测放大器的一个主要优势是其 CMRR 较高、并且此类电容器中的任何不匹配都会由于不匹配而导致额外的差分误差。 不过、通过确保共模电容器远小于差分电容器、可以部分缓解这种问题。 通常、我们鼓励 CDIFF = 10CCM。 有关这方面的完整分析、请参阅共模和差分滤波器。

总之、要实现成功的滤波器设计、请按照以下步骤操作：

1. 如果可能、确保输入检测电阻是 10Ω 目标或更低值。 请注意、为了防止不必要的偏移、电阻器应尽可能紧密匹配。
2. 确定是否需要任何保护方案、并进行适当的设计。 对于所选的电阻器大小、确保满足误差目标。
3. 确定设计中是否需要共模电容器。 如果使用、确保将它们保持在差分电容器大小的十分之一。  
4. 选择电阻器阻值后、使用该值和所需的截止滤波器值来计算电容器值。

对于纯差分滤波器、

使用公式：

对于包括共模电容器在内的滤波器、

使用方程组：