[参考译文] INA226：3.0和3.5V 总线电压时的精度降低

您好、Peter、

感谢您选择 TI 并访问论坛。 您要感应的总电流范围是多少？

您是否在测量输入分流偏移并从测量结果中校准此偏移？ 为此、您需要将输入引脚与0欧姆电阻短接、然后记录输出分流电压值。 您必须在其他共模电压(VCM)下执行此操作、但可以使用 CMRR 规格预测失调电压(Vos)随 VCM 变化的情况。 您还可以通过如下方式对校准寄存器进行编程来校准：使用电流表施加电流并测量电流、然后将校准寄存器值与两次测量(电流表电流/INA2226_CURRENT)之比相乘。 数据表的第7.5.2.1节以及此处的培训视频(第3.3节、第15节)对此进行了讨论：
training.ti.com/getting-started-current-sense-amplifiers-session-15-programming-power-settings

除了 Vos 外、我更担心测量540nA、而该器件有几 uA 的电流流入 IN+和 IN-引脚以及 VBUS 引脚、VBUS 引脚内部接地830千欧。 您能否直接使用电流表测量电流？ 您在分流电阻器上的 DMM 测量结果是否与 VBUS/(5M + 150)实际匹配？ 我问、因为您可能使用 DMM 测量分流电压、并且可以看到 INA226报告的分流电压相同、但这并不意味着这实际上是电流。 由于 IB+和 IB-进入器件、因此总线电流实际上可能为20.540uA。 无论您测量的分流电压是多少、INA226都将看到相同的电压、因为您基本上是测量器件引脚上的分流电压。

我将尝试与我的团队一起更详细地讨论这一点、但同时我建议您查看 INA190。 这不是数字输出、但其输入偏置电流比我们的大多数器件小三个数量级(最大2nA)、并且可以轻松测量500nA 及更高的电流。 低 IB 还允许您在输入端放置大小合适的滤波器。 我不确定您需要的动态范围、但该器件还可以容纳1kOhm 分流电阻器。

此致、
Peter Iliya
电流感应应用

您好、Peter、

感谢您的提示和详细答复。 让我详细介绍一下我的测试设置、它应该能回答您的大部分问题。  

下面是我一直使用的测试设置的大致草图。 请注意、这不包括所有连接和硬件、并且布线不可扩展。  

电源输出设置为2.7V、并以100mV 为步长递增至4.0V、以提供输入电源。 INA226由一个4V 稳压器供电。 DMM 作为电流表连接在 Rshunt 和 Rload 之间。 负载由数字多路复用器切换、Rshunt 可通过 FET 开关从150 Ω 更改为0.1 Ω(未显示)。 所有测试设备和微控制器均连接到运行 Python 脚本的 PC、以运行校准和测试。

校准寄存器值根据所需的 LSB 进行设置、并采用150 Ω 分流器。 然后、校准例程进行测量并使用 INA226和 DMM 读数之间的差异来创建一个偏移值。 微控制器应用此偏移来偏移 INA226读数。 偏移、校准寄存器、分压器和配置寄存器值都存储在单独的 EEPROM 芯片上。 EEPROM 在每个负载范围(目前为8个范围)的14个电压(2.7V 至4.0V)下为这些值留出空间。

目标是建立一个校准例程、让没有特殊知识的技术人员可以运行该例程、并且只需将测试设备连接到测试点。 我们还希望能够轻松记录系统随时间的运行情况。

原始设计使用 INA219、无需高精度测量即可实现低电流。 此更新的设计尝试在大约500nA 到高达380mA 的范围内实现99%的精度。 0.1欧姆分流器在 mA 范围内工作正常、而150欧姆分流器在10uA 至1000uA 范围内的大多数情况下都工作正常。 我们现在要尝试确定的是、当测量低至1uA 以下时、我们实际上可以期望多大的精度。 然后、我们的团队可以决定此设计是否足够好、或者我们是否需要使用 INA190等重新设计。

 

您好、Peter、

我现在看到了电流表的相关信息。 感谢您提供干净的原理图和详细的解释。

您是校准单个 INA226还是校准包含 INA226的整个系统？ 我的意思是、您有 FET 开关来改变分流电阻、有一个数字多路复用器来控制负载电阻、还有一个串联电流表、所有这些组件的泄漏电流都应小于您实际需要的源电流或绝对感应的电流。 也许您正在校准整个系统的泄漏电流，包括 INA226的 Ib。 这对于您能够以如此高的精度确定/解决此类小电流的原因非常有意义，尤其是在针对每个总线电压执行此操作并在内存中记录相关偏移值的情况下。

至于3.0V 至3.5V 左右的精度、1V 至4V 左右的输入偏置电流行为可能是问题所在。 如果您通过直接测量电流和/或创建查找表来真正校准电流(我不确定实际是什么系统)，那么您在1V 至4V 区域仍然会遇到问题。 随着 IB 变化如此迅速、更难用统计保证来表示、一旦总线电压返回到相同的值、绝对值将是相同的。 这也会随温度的变化而变得更糟。

如果我做出正确的假设、或者您有更多问题、请告诉我。

此致、
Peter Iliya
电流感应应用

您好、Peter、

是的、我将在系统中校准 INA226。 我一直使用的校准例程应该能够考虑整个系统的泄漏电流、以产生偏移。 偏移在每个电压电平和电流范围内进行测量、以形成编程到 EEPROM 中的表。 这应考虑任何依赖于电压的变化、以及大多数依赖于负载 的变化。 还有一个作为系统一部分的温度传感器、用于应用温度偏移(尚未实现)。 我们的想法是，如果我有一些小的变化，那么剩下的东西应该是小的变化，但 正如 Kai klaas69 所指出的，即使是小的变化，也有可能把读数放在这个水平上。

因此、我要寻找的是哪些因素无法校准、以及它们对读数精度有多大的影响。 以下是在5M 欧姆负载下进行校准后的一些测试结果。 对于每个电压、读数为15倍(因此图上的15条线)。 x 轴是来自电源的测试输入电压、y 轴是与 DMM 读数的百分比差。 两条红色的"上限"和"下限"线是+/- 1%的目标值。 如您所见、大多数读数都在这些限制范围内、并且大多数读数都非常紧密地分组在一起。

我们可以在这里看到3.0和3.5V 时的较高误差率。这是一个问题、因为我们的两个目标电压是3.0和3.6V。如果这确实是输入偏置电流的乘积、则不可能校准输出、 或者、在这些时间点、是否由于快速变化而导致随机变化放大？ 我想知道的是、是否有更多的工作可以改进这些读数、或者这是否与此器件的预期效果一样好。

感谢您迄今为止的反馈！

彼得

尊敬的 Peter Goodwill：

通常、您可以考虑直流误差、例如失调电压和输入偏置电流。 但只有当它们稳定时！ 当您再次查看图12时、应用中的问题是、您处于输入偏置电流大幅变化的范围内。 请记住、输入偏置误差项甚至比所需信号高10到20倍！

如果图12绝对稳定、您可以将输入偏置电流作为误差项考虑在内。 但我的感觉是，你不能相信图12。 即使最短的漂移也是您的测量所需的全部灾难。

我将采用 INA226、将其放入烤箱中并执行一些温度循环测试：在各种温度下测量图12的偏置电流曲线、并检查循环后是否存在老化问题。 然后、您会了解到您可以信任图12的程度。

Kai