在最終工廠測試期間（部署到現場之前）測量系統的功耗是任何產品測試程序的一個謹慎部分。但是越來越強調將此功能引入產品本身，以便對電源，電流，電源電壓和能量進行“運行時”監控。準確監控這些參數可為調度維護和預測故障提供有價值的診斷信息。它還可以幫助確保“綠色”系統滿足其低功耗目標。凌力爾特提供一系列產品，可提供電壓，電流，功率和能量的運行時間測量。其中包括獨立監視器，如LTC2945，LTC2946和LTC4151，或將這些功能與熱插拔功能相結合的產品，如LTT4215（用于+ 12V系統），LTT4260（用于+ 48V系統）和LT424261（用于-48V系統） 。所有這些設備基本上都是“芯片上的萬用表”，但它們有多準確？

精度規格困境

所有這些產品都指明其測量通道的總不可調整誤差（TUE），其中TUE是最壞情況誤差， 在所有過程參數和溫度下測量，并包括來自所有源的錯誤，并將其組合到單個規范中。它通常被描述為滿量程的百分比。

TUE通過在單個數字表示的所有條件下提供最壞情況誤差的最大界限來簡化初步誤差分析。

然而，由于TUE是單一規格，因此通常會導致對測量的混淆整個輸入范圍內的精度。通常會錯誤地假設TUE誤差將在轉換器的整個輸入范圍內發生，從而導致輸入范圍下端的嚴重不準確。以LTC2946能量監測器為例，ΔSENSE通道的TUE規格指定為滿量程的0.6％。雖然這個值對于滿量程附近的輸入可能沒問題，但對于小輸入可能是不可接受的。 TUE只是故事的一部分 - 當輸入小于滿量程時，其他保證規范會將允許誤差限制為較小的值。

為了闡明輸入范圍內的性能，了解各種ADC誤差源是必要的。本文將以配置10.24A電流測量的LTC2946為例，重點關注與電源監控應用最相關的DC誤差規范。電流檢測通道是研究中涉及最多的測量，因為它包含LTC2946內部的誤差以及檢測電阻的容差，而電源電流是一個在系統運行期間可能變化很大的參數。 p>

錯誤來源和規格

圖1顯示了LTC2946數據手冊中的規格表。與我們的分析相關的規格是TUE，滿量程電壓，LSB步長，偏移誤差和INL。

這些規范包括LTC2946內部所有誤差的貢獻，包括ADC ，參考，電流檢測運算放大器（用于ΔSENSE通道）和內部分壓器（用于SENSE + / V DD 通道）。圖2顯示了LTC2946的框圖，以及外部10mΩ，1％容差檢測電阻。

此分析的一個有用概念是傳遞函數的概念。這是SENSE + 和SENSE - 引腳之間的輸入電壓到數字輸出代碼的映射。圖3顯示了一個假設的完美傳遞函數，其中零輸入產生零計數的輸出代碼，102.4mV的滿量程輸入產生4095計數的輸出代碼，并且這些點之間存在完美的線性關系。每個代碼轉換恰好比先前的轉換高出25μV。在這個完美的LTC2496中，永遠不會有大于1LSB 1 的誤差。接下來描述的錯誤都是偏離這種理想的。

1 對于LTC2946，從代碼0到代碼1的理想轉換發生在25μV。一些ADC經過調整，可在?LSB輸入端實現理想的轉換。

偏移誤差決定了精確測量小電流的能力

偏移是輸入為零時LTC2946的輸出代碼。對于LTC2946，此錯誤的最大值為2.1LSB或52.5uV。這相當于0.057％的誤差 - 約為TUE規格的10％。

請注意，偏移量可能為正或負。如果偏移為正，則輸入為零時輸出代碼將為非零。如果偏移為負，則ADC將被“鉗位”或“限制”為零，并且輸入端需要一些小電壓才能產生非零輸出。因此，必須使用應用于輸入的小的已知電壓來評估偏移。從ADC讀數中減去該電壓以計算偏移。考慮具有最壞情況負偏移的LTC2946;施加等于10 LSB（250μV）的電壓將導致輸出代碼為7.9 LSB。從此輸出代碼中減去10個LSB會產生-2.1 LSB。類似地，對于具有正偏移的LTC2946，輸出代碼將為12.1 LSB，減去10 LSB將導致+ 2.1LSB偏移。

確實，施加此電壓允許其他誤差源污染測量（增益誤差，線性度），但選擇測試電壓，使偏移誤差仍占主導地位，其他誤差可忽略不計。

偏移對我們的10.24A應用的影響是，當零電流流過檢測電阻時，具有正偏移的LTC2946可能指示高達5.25mA的電流，具有負偏移的LTC2946可能繼續讀零直到7.75mA流動。當電流為零時，檢測電阻的容差不會影響電流測量，對小電流的影響最小。也就是說，LTC2946偏移是小電流的主要誤差源。

滿量程誤差決定了準確測量大電流的能力

完全 - 標度誤差是LTC2946輸出代碼中的誤差，當在SENSE輸入上施加理想的102.4mV滿量程電壓時會產生該誤差。滿量程誤差包括LTC2946內部的所有誤差源：偏移（如前所述），增益誤差和INL（稍后定義）。檢測輸入的滿量程誤差是根據輸入電壓指定的。導致滿量程輸出：當輸入為103mV時，具有負滿量程誤差的部分將輸出4095的代碼;當輸入為101.8mV時，具有正滿量程誤差的部分將輸出4095的代碼。該規范可以“反轉”以用完美的102.4mV輸入產生的代碼表示。輸入102.4mV可能產生一個輸出代碼，表示最小值為101.8mV（輸出代碼為4071）和最大值為103mV（輸出代碼為4119）的值。

注意在最大的情況下，輸出代碼將被“鉗制”在4095，就像具有負偏移的部分的輸出將被鉗位在零的方式相同。在這方面，滿量程誤差類似于偏移誤差，即滿量程誤差是滿量程輸入時的端點誤差，而偏移誤差是零輸入時的端點誤差。 LTC2946的滿量程誤差規格為±0.58％ - 略低于0.6％的TUE規格。

為什么TUE規格不是0.58％？ TUE規范允許的額外0.02％誤差允許傳遞函數的非線性，這將在稍后討論。

必須考慮一個額外的誤差源來計算滿量程誤差對我們的影響。 10.24A應用 - 檢測電阻的容差。流過1％容差，10mΩ電阻的精確10.24A電流將產生低至10.24 * 0.01 * 0.99 = 92.16mV或高達10.24 * 0.01 * 1.01 = 103.42mV的電壓。此電壓的誤差將直接增加到LTC2946的滿量程誤差，然后將反映在輸出代碼中。因此，測得的電流可以低至10.24 * 0.99 *（0.9942）= 10.079A或高達10.24 * 1.01 * 1.0058 = 10.402A。當然，高電壓情況將被鉗位在10.24A的指示電流，因此我們可以計算產生滿量程輸出代碼的實際電流：101.8mV /（0.01 * 1.01）= 10.079A;高于此值的任何電流將繼續輸出4095的代碼。

增益誤差通常不如滿量程誤差

增益誤差是理想傳遞函數與實際傳遞函數之間的斜率差異如圖6a所示。它需要沿傳遞函數計算兩個點，最好接近端點以考慮整個輸入范圍。作為數據表規范，增益誤差通常不如直流電流和電壓測量的滿量程誤差有用，因為當偏移和滿量程誤差相等時，可能會出現零增益誤差。圖6b說明了這一點，它顯示了具有偏移誤差，滿量程誤差但是完美增益的器件的傳遞函數。

LTC2946電流測量應用有四個增益誤差源。 LTC2946內部有三個：參考電壓，讀出放大器的增益為20，以及ADC本身。外部檢測電阻的容差也直接影響電流測量的增益。

LTC2946數據手冊中未單獨指定增益誤差。但是可以使用以下公式估算：增益誤差=滿量程誤差 - 偏移誤差

注意偏移和滿量程誤差的大小，增益誤差是滿量程誤差規范中的主導項。

積分非線性是傳遞函數與直線的偏差

積分非線性（INL）定義為代碼轉換與理想轉換點的偏差，不考慮偏移誤差和滿量程誤差，如圖7所示。

INL曲線的“形狀”由ADC的架構決定。 LTC2946具有一階Δ-ΣADC，它傾向于產生INL曲線，這些曲線在不同器件之間具有相似的性質。圖8中所示的典型INL曲線具有單個“弓形”，INL誤差在傳遞函數的中心附近逐漸建立到最大值。因此，雖然數據表規范允許器件具有最大INL誤差，但只有幾個代碼遠離任一端點，但實際器件不會以這種方式運行。

LTC2946的影響2.5典型電流監測應用中的LSB INL規范很小。在我們的10.24A示例應用中，2.5LSB相當于6.25mA，與偏移誤差相當，與161mA滿量程誤差相比無關緊要。

全部放在一起

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考慮我們在電信板上的10.24A LTC2946示例，在沒有數據處理時吸收5A，在滿負載下吸收9A。 LTC2946具有10mΩ電阻，適用于10.24A滿量程，非常適合，為更高的電流瞬變留出一些空間。如果TUE是唯一指定的誤差，對于任何輸入電流（包括由檢測電阻器產生的誤差），測量誤差可能高達164mA。在9A電流測量中，164mA的誤差相當好，約為1.8％實際電流，誤差將由檢測電阻的1％容差決定。在5A時，164mA誤差將代表實際電流的3.22％，仍然足以用于“健康狀態”測量。但是，如果應用具有非常低的功耗睡眠狀態或其他工作模式，可以消耗更少的電流，那么164mA的誤差是很麻煩的。

應用之前定義的其他規格表明測量誤差要好得多低電流下的TUE規格。電流為零時，檢測電阻上的電壓為零，最大誤差將由2.1LSB的偏移規范決定。將此數字乘以25μVLSB可得到52.5μV的偏移，假設完美的檢測電阻為10mΩ，則最大誤差為5.2mA。

同樣，滿量程時出現的最大誤差也是有界的通過滿量程誤差并導致先前計算出的161mA誤差。

剩余誤差是由INL引起的，導致傳遞函數偏離其終點之間的理想直線。 LTC2946的ΔSENSE通道的INL規格為2.5LSB或62.5μV。對于10mΩ檢測電阻，這意味著5.2mA的誤差。請注意，INL誤差將在傳遞函數的某個位置處于最大值（參見圖8），但對于接近零或滿量程的輸入，其貢獻將很小。

這意味著，對于10A應用，如果我們引入1％電阻引入的誤差，我們將測量低電流，精度約為6.3mA。小輸入的主要誤差是偏移誤差，對于較大的輸入，LTC2946的滿量程誤差和檢測電阻的容差。

圖9是由一個方便的誤差計算器電子表格生成的。文獻。它計算器件輸入范圍內任何電壓可預期的最大誤差。電子表格的輸入是TUE，滿量程誤差，偏移誤差和INL。需要一個稱為“INL構建率”的附加參數來估計INL的貢獻。該參數表示為傳遞函數的百分比，允許INL誤差從零刻度和滿刻度的零貢獻構建到接近傳遞函數中心的最大值。輸入零值將產生更保守的結果;輸入值30將更接近真實LTC2946的模型。

電壓測量精度

同樣的分析也適用于電壓測量。 SENSE + / V DD 通道的0.4％TUE規格聽起來像電源輸出的良好數字;對于低壓線性穩壓器，1％被認為是非常精確的，并且48V電信電源的0.4％精確測量是足夠的，考慮到大多數負載將接受36V至72V。但48V大約在LTC2946的V IN 測量范圍102.4V的中間;如果0.4％TUE是唯一的規格，那么對測量的相對影響將大約是兩倍：

48V測量誤差= 0.4％*（102.4 / 48V）= 0.8％

對于48V電源仍然有效，但輸入SENSE + 的LTC2946規范/ V DD 通道和電壓表中48V的測量輸入顯示誤差約為滿量程的0.25％。

結論

Total Unadjusted Error是一個方便的精度規格，表示為單個數字。但是，了解所有精度規格對于了解整個輸入范圍內的測量誤差至關重要。