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磁性或光隔离器常常破坏数字域的隔离势垒。硬件可能更笨重一些，但工作时不损失准确度，一般可承受数千伏电压。这类电路需要一个隔离型电源，但是这种电源有时可以集成到隔离器组件中。如果检测电阻器物理上是与主系统分隔开的，那么也许还需要使用很长的导线或电缆。
最近出现的低功率信号调理和无线技术提供了一种新方法。通过允许整个电路随着检测电阻器的共模电压浮置，并通过空中无线发送所测得的数据，电压限制就不存在了。检测电阻器可以放置在任何地方，无需使用电缆。如果电路的功率非常低，那么甚至不需要隔离型电源，用一块小型电池就可运行很多年。 |
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无线电流检测
图 1 所示电流检测电路利用 LTC2063 斩波器稳定型运算放大器，以放大检测电阻器两端的压降。微功率 SAR ADC AD7988 使压降值数字化，并通过 SPI 接口报告结果。 LTP5901-IPM 是无线模块，可自动与附近的其他节点形成一个基于 IP 的网格网络。该器件还有一个内置微处理器，以读取 AD7988 ADC SPI 端口。LTC3335 是一款毫微功率降压-升压型稳压器，将电池电压转换成恒定输出电压。LTC3335 还包括一个库伦计数器，以报告累计从电池抽取的电量。 |
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微功率零漂移运算放大器
为了最大限度减少检测电阻器中产生的热量，压降一般限制到 10mV 至 100mV。测量这个范围的电压需要输入电路具很低的失调误差，例如零漂移运算放大器。LTC2063 是一款超低功率、斩波器稳定型运算放大器，最大电源电流为 2µA。由于失调电压低于 10µV，所以该器件可以测量非常小的压降而不会损失准确度。图 2 示出了把 LTC2063 配置为对一个 10mΩ 检测电阻器两端的电压进行放大和电平移位的情形。选择合适的增益以使检测电阻器上的 ±10mV 全标度电压 (对应于±1A 电流) 映射到输出端上一个接近全标度范围 (以中间电源为中心)。这个已放大信号馈送到 16 位 SAR ADC 中。之所以选择 AD7988，是因为其非常低的备用电流和良好的 DC 准确度。在低采样率时，ADC 在转换之间自动停机，从而使 1ksps 时的平均电流消耗低至 10µA。LT6656 电压基准消耗不到 1µA 电流，并偏置放大器、电平移位电阻器和 ADC 的基准输入。 |
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工业强度的无线网格
LTP5901-IPM 等 SmartMesh 无线模块包括无线电收发器、嵌入式微处理器和网络软件。当多个 SmartMesh 节点在某个网络管理器的附近上电时，这些节点自动地相互识别确认并形成一个无线网格网络。一个网络中的所有节点自动地实现时间同步，这意味着每个无线电收发器仅在非常短暂的特定时间间隔期间上电。因此，每个节点能够充当一个传感器信息源，以及一个用于把数据从其他节点向管理器转发的路由节点。这创建了一个高度可靠的低功率网格网络，在该网络中，从每个节点至管理器提供了多条通路，尽管所有的节点 (包括路由节点) 均依靠非常低的功率工作。 LTP5901-IPM 包括一个 ARM Cortex-M3 微处理器内核，该内核运行网络软件。此外，用户可以编写应用固件，以执行特定于用户应用的任务。在本例中，LTP5901-IPM 中的微处理器读取电流测量 ADC (AD7988) 的 SPI 端口，并读取库伦计数器 (LTC3335) 的 I2C 端口。该微处理器还可以将斩波器运算放大器 (LTC2063) 置于停机模式，从而进一步将其电流消耗从 2µA 降至 200nA。这在两次测量之间时间间隔极长的使用模式下，进一步节省了功率。 |
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毫微功率库伦计数器
对测量电路而言，一个节点每秒报告一次的典型功耗低于 5µA，而无线电收发器的功耗可能达到 40µA。实际上，功耗取决于各种因素，例如信号链路多长时间获取一次读数，以及节点在网络中是怎样配置的。 本文举例的电路是用两节碱性主电池供电的。电池输入电压由集成了库伦计数器的 LTC3335 毫微功率降压-升压型转换器调节。该转换器可从一个 1.8V 至 5.5V 输入电源提供一个稳定的 3.3V 输出。视无线电收发器是处于工作模式还是休眠模式而不同，占空比型无线应用的负载电流可能在 1µA 至 20mA 之间变化。LTC3335 在无负载时静态电流仅为 680nA，当无线电收发器和信号链路处于休眠模式时，这使整个电路保持了非常低的功率。另外，LTC3335 还可输出高达 50mA 电流，这在无线电发送 / 接受时以及为各种信号链路电路提供了足够的功率。 在高可靠性无线传感器应用中，用光电池电量是绝对不可接受的。同时，太频繁地更换电池会导致不希望发生的费用和宕机。结果是，需要能够准确测量电池电量消耗的电路。 LTC3335 有一个内置库伦计数器。无论何时，该稳压器只要接通，就会跟踪从电池吸取的总电量。这个信息可以用 I2C 接口读出，然后可以用来预测电池更换时间。 |
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总结
凌力尔特和 ADI 的信号链路、电源管理以及无线网络产品相结合，可实现真正的无线电流检测电路设计。图 3 显示了一个实例。新的超低功率 LTC2063 斩波器型运算放大器可准确读出检测电阻器两端很小的压降。包括微功率 ADC 和电压基准在内的整个电路随检测电阻器的共模电压而浮置。毫微功率 LTC3335 转换器可用一个小型电池连续多年给电路供电，同时利用其内置库伦计数器报告累计的电池电量使用情况。LTP5901-IPM 无线模块管理整个应用，并自动连接到一个高度可靠的 SmartMesh IP 网络。 |
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