模拟技术中的基于接地阻抗电流传感器重建输入电流
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资源说明:可以对流入一个接地阻抗的小信号电流做重建,该阻抗是一个较大电路的组成部分。这个电流可以是多个电流之和,例如它是流入一只电容的几个电流模式四次滤波器的高通滤波输出(并且是滤波器的一个工作阻抗)。   采用电流镜,单个地复制所有构成输入电流的方法可重建输出电流,但易于出错,如下式所示:IIN= I1+ I2+ I3+… +IN,以及IO=α1I1+α2I2+α3I3+ … +αNIN.要精确地重建IIN,理想的电流镜系数应为单位值。然而,所有这些系数不仅偏离了理想单位值,并且可能因电流镜的失配而有差别,这种失配包括因电流镜有限输出阻抗的系统性失配,以及CMOS电流镜的随机阈值失配。这些失配可能造 在模拟电子技术中,基于接地阻抗电流传感器的输入电流重建是一个重要的概念,尤其是在处理复杂的电路系统时。这种技术主要用于监测和分析流入特定接地阻抗的小信号电流,该阻抗可能是更大电路的一部分,例如,它可能是一个电容的并联连接,其中电流经过电流模式四次滤波器的高通部分。 电流镜是一种常见的电路元件,用于复制电流以实现电流的测量和重建。在重建输入电流IIN时,通常会通过电流镜分别复制各个电流分量I1, I2, I3, ..., IN,然后将它们相加来获得总电流。理想的电流镜会使得复制系数α1, α2, α3, ..., αN均为1,这样IIN = I1 + I2 + I3 + ... + IN,且IO = α1I1 + α2I2 + α3I3 + ... + αNIN。然而,在实际应用中,由于电流镜的非理想性,这些系数可能会偏离单位值,这可能导致误差的出现。 电流镜的失配主要由两方面引起:一是由于其有限的输出阻抗导致的系统性失配,二是CMOS工艺中的随机阈值失配。这些失配会影响电流镜的性能,进而改变输出电流的频率特性,如高通响应,可能导致输出电流不再是输入电流的准确复制品。 为了解决这一问题,可以采用一种技术,即检测接地阻抗两端的电压,然后进行单精度的电压-电流转换。这种方法避免了多次使用电流镜带来的误差,通过匹配的负载阻抗Z2,可以确保输出电流与输入电流的比例关系保持不变,从而保持小信号输出电流的频率特性。 图示的小信号电流检测电路通常包含一个运算电流传输器,它连接到匹配阻抗Z2,以实现电压-电流转换。负载Z1和Z2之间的任何失配都会导致输出电流变为输入电流的某种比例,比例因子为阻抗之比,这有助于保持小信号电流的频谱特性不受影响。 此外,电流镜之间的失配也需要考虑。例如,如果电流镜1的输入电流是IB + IIN,而电流镜2的输入电流是IB,则输出电流IO将是静态电流IB的偏差加上输入端小信号电流IIN的缩放值。通过调整和校准电流镜,可以减小这种偏置电流并优化输入电流的重建精度。 基于接地阻抗电流传感器的输入电流重建是一项关键的技术,它涉及电流镜的使用、失配的影响、电压-电流转换以及电路设计中的匹配原则。理解这些概念对于优化模拟电路性能、提高测量精度以及在噪声环境下准确提取信号至关重要。在设计和实施这样的系统时,必须充分考虑非理想因素,通过精心设计和补偿策略来最小化误差,以实现高质量的电流测量。
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