第四节 差分放大电路设计
说到电流采样，差分放大电路是绕不开的核心。我刚开始做电机驱动那会儿，总觉得差分放大不就是个减法器嘛，简单。直到第一次在强干扰环境下看到采样波形，那叫一个惨不忍睹。嗯，这里面的门道，咱们得好好聊聊。
4.1 经典差分放大电路结构
先看最基本的电路结构。说白了，就是用运放搭一个减法器：
Vout = (R2/R1) * (V+ - V-)实际电路长这样：
- 同相输入端：通过R1接V+，通过R2接地
- 反相输入端：通过R1接V-，通过R2接输出
- 四个电阻：R1、R2各两个，理论上要完全相等
我习惯用这种结构做单电阻采样。为什么？因为它能直接输出对地的电压，方便ADC读取。你想想看，电机相线上的电压可能是几十伏，但我们要采的电流信号只有毫伏级。差分放大正好能把共模电压干掉，只留下差模信号。
关键参数：
- 差模增益：Gd = R2/R1
- 共模增益：Gc ≈ 0（理想情况）
- 输入阻抗：Rin = 2*R1
4.2 电阻匹配精度对CMRR的影响
这里有个坑，我踩过。理想情况下CMRR无穷大，但实际做不到。为什么？因为电阻有误差。
CMRR的计算公式：
CMRR = (1 + R2/R1) / (4 * δ)其中δ是电阻的相对失配误差。举个例子：
| 电阻精度 | δ值 | 理论CMRR | 实际效果 |
|---|---|---|---|
| 1% | 0.01 | 约48dB | 勉强能用 |
| 0.1% | 0.001 | 约68dB | 效果不错 |
| 0.01% | 0.0001 | 约88dB | 非常理想 |
我曾经在一个项目里用了1%的电阻，结果共模电压一高，采样值就飘。查了两天，最后发现是电阻匹配的问题。换成0.1%的电阻后，问题立马解决。
避坑指南：
我曾经遇到过这样的情况：四个电阻分别买，精度都是0.1%，但温度系数不一样。结果温度一变化，CMRR直接掉到40dB。所以不光要精度匹配，温度系数也得匹配。最好用同一批次、同一型号的电阻。
4.3 我常用的INA型专用电流检测放大器
说实话，现在做产品我很少用分立元件搭差分放大。太麻烦了，而且性能受限于电阻匹配。我更推荐用专用的电流检测放大器，比如INA系列。
常用的型号：
- INA180：低边检测，带宽350kHz，适合低速电机
- INA240：高边检测，带宽400kHz，带PWM抑制
- INA282：高边检测，带宽50kHz，超低失调
为什么我喜欢用INA？三个理由：
- 内部电阻已经匹配好：CMRR能做到100dB以上，省心
- 共模范围宽：有些型号能到80V，直接用在母线电压上
- 封装小：SOT-23或者MSOP-8，不占地方
我的使用习惯：
对于三相电机控制，我一般用三个INA240分别采样三相电流。注意INA240的PWM抑制功能，它能滤掉开关噪声。我试过用普通运放，波形上全是毛刺，换成INA240后干净多了。
选型时要注意几点：
- 带宽要够：至少是PWM频率的10倍
- 压摆率要快：不然跟不上电流变化
- 共模抑制比：越高越好，特别是高边采样
嗯，这里还要提一句。INA虽然好用，但成本比分立方案高。如果做低成本产品，用分立元件加精密电阻也能凑合。但如果是做高性能伺服驱动，我建议还是用INA，省下的调试时间比那几块钱值多了。
最后说个经验：不管用哪种方案，采样电阻的布局都很关键。要靠近电机相线，走线要短，地线要粗。我曾经见过一个板子，采样电阻离MOSFET太远，结果寄生电感引入的噪声比信号还大。那波形，啧啧，根本没法看。