到目前為止，集成電流傳感器（ICS）的發(fā)展是緩慢而漸進(jìn)的。多年來，目前的測(cè)量技術(shù)越來越受到發(fā)展，專注于高密度組件的小型化，這些組件也可以提供高水平的性能。隨著更多精簡(jiǎn)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手進(jìn)入市場(chǎng)，笨重的傳感器不可避免地會(huì)失去市場(chǎng)份額。

　　一個(gè)反復(fù)出現(xiàn)的問題是如何領(lǐng)先于市場(chǎng)并確定用戶的需求。找出這些信息，然后開發(fā)產(chǎn)品以滿足這些需求，需要一種自上而下和自下而上的方法，其中預(yù)測(cè)市場(chǎng)趨勢(shì)與基于客戶的調(diào)查并駕齊驅(qū)。客戶通常知道他們希望從他們的ICS中得到什么，他們的反饋已被證明對(duì)于推動(dòng)這一進(jìn)化過程至關(guān)重要。

　　來自客戶的意見有助于確定在電流傳感器中尋找的四大關(guān)鍵要素：

　　在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的性能 – 這與漂移和靈敏度偏移有關(guān)，是最重要的特征

　　集成解決方案可以處理多少電流。具有集成初級(jí)元件的小型電流傳感器可限制其可支持的電流量 （ 連續(xù) 30 安培或 50 安培 – 通過推動(dòng)這些極限實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破

　　過流檢測(cè) – 持續(xù)監(jiān)控過流的保護(hù)閾值

　　絕緣（基本絕緣或基于系統(tǒng)電壓的增強(qiáng)絕緣）可能是選擇傳感器的關(guān)鍵因素

　　圖 1.英國(guó)皇家建筑師事務(wù)所發(fā)展議程框圖。

　　閉環(huán)和開環(huán)

　　近年來，用戶受益于閉環(huán)霍爾效應(yīng)技術(shù) - LEM設(shè)計(jì)了一種特殊的閉環(huán)專用集成電路（ASIC） - 然后是開環(huán)技術(shù)，該技術(shù)提供了一種成本低得多的解決方案。該技術(shù)促成了HLSR系列電流傳感器的開發(fā)，這是一種緊湊，低成本的PCB安裝解決方案，將小型化提升到了新的水平。

　　接下來的進(jìn)化之路是HMSR，這是一種高絕緣ICS，旨在滿足降低成本，提高性能和小型化的持續(xù)市場(chǎng)需求。該新系列擴(kuò)展了微型電流傳感器，用于商業(yè)和工業(yè)市場(chǎng)高要求的開關(guān)電源應(yīng)用中的交流和直流隔離電流測(cè)量。HMSR單元基于微芯的開環(huán)傳感器具有增強(qiáng)的絕緣和過流檢測(cè)功能，具有低電阻初級(jí)導(dǎo)體（以最大限度地減少功率損耗），微型鐵氧體和專有ASIC，可實(shí)現(xiàn)直流電測(cè)量和一致的絕緣性能。所有這些特性使HMSR成為需要高精度和顯著抗外部磁場(chǎng)抗擾度的高壓應(yīng)用的理想選擇。微磁芯意味著該器件在往往受到高水平干擾的電力電子應(yīng)用中特別有用。

　　圖 2. 傳感器外形尺寸減小。

　　圖 3.HMSR DA有效分辨率與/斷續(xù)器。

　　由于這些原因，電力電子工程師多年來一直成功地使用模擬HMSR傳感器來測(cè)量直流和交流電流。他們特別喜歡緊湊型電流傳感器的優(yōu)勢(shì)，該傳感器具有很強(qiáng)的雜散場(chǎng)抗擾度，增強(qiáng)的隔離和300kHz的帶寬。

　　集成電流傳感器不斷發(fā)展的最新解決方案是HMSR DA，這是市場(chǎng)上第一個(gè)提供Σ-Δ比特流輸出的ICS，同時(shí)測(cè)量低電流并仍然提供高分辨率。使用數(shù)字信號(hào)意味著傳感器的輸出端會(huì)引入固定延遲（也稱為響應(yīng)時(shí)間），同時(shí)來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的量化噪聲顯著降低，數(shù)字濾波器通過噪聲整形確保Sigma Δ調(diào)制器（SDM）的分辨率更高。通過將調(diào)制器與數(shù)字濾波器組合在一起來，創(chuàng)建ADC非常簡(jiǎn)單。這樣做的好處包括減少連接數(shù)量，每個(gè)用戶都能夠定義自己的系統(tǒng)性能水平，以及用戶制造兩個(gè)或多個(gè)具有不同性能的轉(zhuǎn)換器。這種架構(gòu)特別適合廉價(jià)的CMOS工藝。

　　數(shù)字電流傳感器的另一個(gè)特性是建立時(shí)間，也稱為響應(yīng)時(shí)間或延遲。當(dāng)時(shí)鐘頻率為10MHz，過采樣比（OSR）為128時(shí)，SDM的建立時(shí)間約為38.4us。使用Σ-Δ輸出比特流的另一個(gè)好處是提供的靈活性，這意味著可以根據(jù)應(yīng)用的特定需求在客戶側(cè)應(yīng)用不同的數(shù)字低通濾波器。如果需要高分辨率結(jié)果，用戶可以選擇使用高階較慢濾波器，或者使用小階較快的信號(hào)以獲得更快速但分辨率較低的濾波器。

　　圖 4. HMSR DA 有效分辨率與 OSR.

　　典型集成電路應(yīng)用

　　事實(shí)證明，市場(chǎng)樂于接受提供數(shù)字輸出的ICS，因?yàn)樗峁┳吭降男盘?hào)形狀和更低的噪聲水平，同時(shí)降低成本和更小的機(jī)械占地面積。這種ICS的典型應(yīng)用包括機(jī)器人，伺服驅(qū)動(dòng)器，縫紉機(jī)，數(shù)控機(jī)床，焊接設(shè)備和自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）。

　　最近，汽車行業(yè)開始對(duì)這些傳感器表現(xiàn)出興趣。進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)的研發(fā)組織和專家制造商對(duì)數(shù)字解決方案不受外部噪聲（包括電噪聲和磁噪聲）的影響感到興奮，這些噪聲因在使用模擬信號(hào)時(shí)造成重大困難而臭名昭著。

　　關(guān)于數(shù)字 ICS 路線圖

　　HMSR DA傳感器被視為L(zhǎng)EM數(shù)字ICS路線圖的第一步，是市場(chǎng)上同類產(chǎn)品中的第一個(gè)，為用戶提供11至13位的分辨率和10MHz的時(shí)鐘。

　　最終目標(biāo)是使用集成電流傳感器接近傳統(tǒng)傳感器的當(dāng)前水平。目前，HMSR DA可以支持125°C和75安培峰值下的30臂連續(xù)，但后續(xù)產(chǎn)品將尋求支持100安培的連續(xù)電流，同時(shí)仍然非常緊湊和PCB安裝。未來的版本還將旨在消除對(duì)磁性微核的需求，這將改善頻率響應(yīng)并消除潛在的磁性干擾。

　　HMSR DA是容易產(chǎn)生噪聲、失真和干擾的應(yīng)用的理想選擇，通過使客戶能夠節(jié)省物料清單（BoM），實(shí)現(xiàn)了真正的成本節(jié)約。它通過在單個(gè)單元中替換一個(gè)復(fù)雜得多且成本更高的替代系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，該系統(tǒng)傳統(tǒng)上包括分流電阻器，數(shù)字隔離器以及帶有二極管和電容器的低/高電源電路。分流器絕不是最佳解決方案，因?yàn)樵谔幚砀唠娏鲿r(shí)會(huì)產(chǎn)生熱噪聲。另一個(gè)問題是容納這些獨(dú)立設(shè)備所需的空間，而HMSR DA只有一個(gè)芯片可以完成這三個(gè)元件的相同工作，并直接將輸出交付給客戶。新傳感器還為客戶提供了這些獨(dú)立單元所不具備的功能，例如ASIC和分流器無法提供的過流檢測(cè)。

　　圖 5.西格瑪三角形輸出使用起來非常靈活。

　　配方系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　此外，還提供不同的輸出模式 - 單比特流和時(shí)鐘，但也差分，無需購買輸出驅(qū)動(dòng)器即可從單模轉(zhuǎn)換為差分。基于RS-422數(shù)據(jù)和LVDS（低壓差分信號(hào)）接收器的解決方案將提供輸出和反相輸出以及時(shí)鐘和反相時(shí)鐘，這在處理差分信號(hào)時(shí)非常重要，因?yàn)樵诘凸暮透咚傧驴梢韵性肼暋Ｊ褂眯碌臄?shù)字傳感器，所有這些功能都整合到一個(gè)單元中。

　　預(yù)計(jì)HMSR DA傳感器將使工程師能夠研究制定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新方法。客戶還可以使用濾波器來調(diào)整傳感器，以滿足其特定要求，在任何需要清潔信號(hào)但傳統(tǒng)上受到電噪聲，振動(dòng)和磁電子噪聲影響的行業(yè)中工作時(shí)。失真和干擾是這種高要求應(yīng)用中的重大問題，只有突破數(shù)字輸出方面的界限，才能真正突破性地開發(fā)解決嘈雜系統(tǒng)問題。

　　數(shù)字輸出仍處于起步階段，即使在今天，一些客戶可能仍然猶豫是否要走這條路。然而，這是一個(gè)強(qiáng)大的未來趨勢(shì)，在未來幾年將變得更加普遍。這就是為什么必須掌握這項(xiàng)技術(shù)，并鼓勵(lì)用戶就其所在行業(yè)應(yīng)用數(shù)字輸出解決方案的可行性提供可靠的反饋。