基于LTC2063的微安级高边电流检测电路设计详解

在电池供电或能量受限系统中，实现100 µA 至 250 mA 宽动态范围的高精度高边电流检测极具挑战。亚德诺半导体（ADI）的 LTC2063 零漂移运放凭借 最大5 µV输入失调电压 和 仅1.4 µA静态电流，成为构建超低功耗精密电流检测前端的理想核心器件。

电路架构与工作原理

如图1所示，该电路采用高边检测拓扑：

图1. 基于LTC2063零漂移放大器的精密高边电流检测电路。

RSENSE = 100 mΩ，在250 mA满量程下仅产生25 mV压降，显著降低功耗；

LTC2063配置为差分放大器，增益由 RIN（50.4 Ω）与 ROUT（≈5 kΩ）设定，实测增益约100 V/V；

输出级采用英飞凌 BSP322P PMOS（|VDS| ≤ 100 V），支持最高90 V共模电压；

电源由 LT1389-4.096基准源 + 自举MOSFET M2 构成隔离3 V轨（4.096 V + |VTH| ≈ 3 V），确保LTC2063供电不超过5.5 V绝对最大值。

关键性能指标分析

零点误差极低：

折合到输入端（RTI）的失调电流 = VOS / RSENSE；

典型值：1 µV / 0.1 Ω = 10 µA，最大值：5 µV / 0.1 Ω = 50 µA；

在100 µA最小量程下，典型误差仅10%，且为固定偏移，可通过校准消除。

PMOS漏电流影响可忽略：

BSP322P在 VDS = –7.6 V 时 IDSS ≈ 0.2 nA，等效输入误差仅 100 nA，远低于系统分辨率。

全量程线性度优异：

实测输入-输出曲线无低端“塌陷”（图2），得益于LTC2063轨到轨输入能力，即使在接近电源轨的共模电压下仍能正常工作。

误差源与优化措施

总误差 <1.4%（图3），主要来源包括：

图3

寄生电阻：LTC2063输入至RSENSE间约500 mΩ走线电阻导致增益偏差（实测100.05 vs 理论98.77 V/V）；

→ 对策：采用4端开尔文连接检测RSENSE。

电阻容差与温漂：RIN/ROUT匹配误差；

→ 对策：选用0.1%精度、低温漂（<25 ppm/°C）金属膜电阻。

热电偶效应：输入端异种金属结产生µV级失调；

→ 对策：R1与RIN使用相同端子材料，避免热梯度不对称。

噪声：LTC2063低频噪声约2 µVp-p（0.1–10 Hz）；

→ 对策：输出端加22 µF电容（C2）构成1.5 Hz低通滤波，大幅抑制综合噪声。

功耗与接口特性

电源电流：

仅LTC2063 + LT1389：2.3 µA（最小）至 280 µA（最大）（图4）；

图4

含PMOS驱动电流（IDRIVE = VOUT/5 kΩ）：总电流 2.5 µA 至 780 µA。

输出驱动能力：

可直接驱动5 kΩ负载（如ADC输入），输出范围 0–2.5 V，轨到轨特性确保满量程利用。

抗干扰设计：

输出端并联100 nF电容（C3）抑制EMI，支持长距离传输（RSENSE靠近负载，ADC远离高压侧）。

带宽与适用场景

受限于LTC2063 20 kHz GBW 及1.5 Hz输出滤波，该电路适用于 DC至20 Hz低频信号，典型应用包括：

电池电量监测（IoT传感器节点）；

微功耗电机启停电流检测；

太阳能充电控制器输入电流监控；

医疗便携设备功耗分析。

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