我的电流测试板(一)

最近做了块电流板，这是本人第一次独立的负责软件和硬件，本人以前做的产品都是比较大的系统，双层板，类似于万用表，可以测试电流，不过跟万用表不同的是我这块板子可以累加电流，可以测试其他电源。测试精度为16bit SAR采样和24bitΣΔ采样，精度相当高。总体来说还算顺利，不过还是遇到下面的问题：

1、连接仿真器的JTAG调试口的时钟线和数据线在PCB布板的时候没有画出来，原因是我在用protell 99se设计电路原理图的时候调试端口的时钟线和数据线的网络标号没有放置好，导致没有生成网络表，我是根据网络表来进行PCB布线的，所以自然也没有生成PCB线。在进行PCB检查的时候也没有仔细检查，在PCB加工回来的时候才发现没有布线已经晚了，就只有通过飞线来调试了。

2、用Keil+AK100仿真器来调试，最初由于AK100的驱动不支持MKM系列的芯片，跟广州zlg公司的工程师反馈后他们提供了支持MKM系列的驱动。刚开始调试的时候由于调试口接触不好，总是出现找不到目标表的问题，后来干脆将调试端口直接焊接到板子上，这样调试起来稳定多了。程序可以下载到板子，可以单步调试了。

3、在程序调试差不多的时候，打算将程序烧入flash中运行的时候发现运行不了，但通过仿真器调试的时候程序又能运行。我最初怀疑是程序没有烧入到flash中，通过跟zlg公司的工程师交流发现时因为芯片的WDOG没有关闭，而芯片默认是打开WDOG功能的，导致上电的时候由于WDOG超时而不停的复位芯片，表现出来就是程序象没有运行一样。

4、关于确定程序在flash中的方法：通过keil->Options for Target->Debug将Load Application at Startup前面的复选框去掉，这样keil在Debug的时候就不会下载程序到flash中，而直接去连接flash中的程序，将反汇编窗口打开，执行单步调试，发现程序能够执行。通过这种方式可以证明程序在flash中而且可以运行。

5、发现一个问题是，freescale的MKM33芯片的复位引脚在空片的时候总是低电平，通过上拉电阻怎么也拉不高，刚开始调试的时候还以为是自己电路上有问题。

6、采用SAR16bit采样方式的时候发现电流的测试范围较小，通过采用两个N沟道MOS管(主要是利用N-MOS 管G级不消耗电流，D级和S级间压降小和过电流能力强，开关速度快等优点)，在单片机的控制下进行开关在1欧姆电阻和1K欧姆电阻间进行自动切换，将电流的测量范围扩大到1微安~500毫安的范围。

总结一下硬件设计全过程：

原理图设计：
1、准备所需要的元器件的原理图库，各个元器件对应的PCB封装库。
2、进行原理图设计。
3、进行ERC检查，用于测试电路原理图信号的正确性。
6、生成网络表。
PCB设计：
1、电路板规划：设定电路板尺寸、层数(如果是3层以上的板子，需要使能Design->Rules->Routing->Routing Layers)
2、导入网络表
3、元器件布局
4、布线（手动或者自动)
5、DRC检查
6、铺铜（正面、背面）
7、焊盘和过孔补泪滴
8、将PCB文件导出，外发加工厂

电流检测技术简介：

电流检测技术常用于高压短路保护、电机控制、DC/DC换流器、系统功耗管理、二次电池的电流管理、蓄电池管理等电流检测等场景。对于大部分应用，都是通过间接测量电阻两端的压降来获取待测电路电流大小的，如下图所示。在要求不高的情况下，电流检测电路可以通过运放放大转换成电压，反推算负载的电流大小。

电流检测技术分类：

测量电流时，电流检测技术分为高端检测和低端检测。将测量电阻放在电源与负载之间的这种测量方法称为高端检测。将测量电阻放在负载和接地端之间的这种测量方法称为低端电流检测。这两种用于感测负载中电流的方法如下图所示。

两种测量方法各有利弊。本文重点讲解低端电流检测技术。后续会写关于高端检测的文章。

低侧电流测量的优点：

共模电压，即测量输入端的平均电压接近于零。这样更便于设计应用电路，也便于选择适合这种测量的器件；

低侧电流感测的缺点：

采用电源接地端和负载/系统接地端时，感测电阻两端的压降会有所不同。如果其他电路以电源接地端为基准，可能会出现问题。为最大限度地避免此问题，存在交互的所有电路均应以同一接地端为基准。降低电流感测电阻值有助于尽量减小接地漂移。

设计电路或选择用于电流测量的器件时，低侧电流感测是最简单的方法。由于输入端的共模电压低，因此可使用差分放大器拓扑。下图给出了采用运算放大器（运放）的经典差分放大器拓扑，输入输出关系可由理想运放的基本性质（虚短虚断）来推导，此处不具体描述感兴趣的兄弟，后台回复“低端检测”可获取推导详情过程。

应用场景：

由于电流感测电路测得的电压接近于地，因此在处理非常高的电压时、或者在电源电压可能易于出现尖峰或浪涌的应用中，优先选择这种方法测量电流。由于低侧电流感测能够抗高压尖峰干扰，并能监测高压系统中的电流，因此广泛应用于很多汽车、工业和电信应用中。

设计过程注意哪些问题：

可以直接选用集成了增益设置电阻的电流检测放大器，从而可减少分立实现方案存在的诸多布局问题；
若采用分立器件搭建时，注意需要将R1 和R2 放在尽可能靠近运算放大器和电流感测电阻的位置。将这些元件放在靠近运放的位置后，运算放大器同相输入端出现噪声拾取的可能性会降低，同时对电流通过电阻器时的压降进行检测，需要从电阻器的两端引出用于检测电压的图案。电压检侧连接如下图右所示，建议从电阻器电极焊盘的内侧中心引出。这是因为电路基板的铜箔图案也具备微小的电阻值，需要避免铜箔图案的电阻值所造成的压降的影响。如果按照下图左所示，从电极焊盘的侧面引出电压检测图案，检测对象将是低电阻器电阻值加上铜箔图案电阻值的压降，无法正确地检测电流；