新款 INA228 数字电源监视解决方案让我的 BattLab-One 能够测量纳安级电流

在撰写本博客时，我使用的电源分析装置是 BattLab-One，其电流检测范围是 10 微安 (μA) 至 500 毫安 (mA)。虽然该范围能够很好地覆盖许多微处理器，但较新的超低功耗微处理器能在休眠模式期间以纳安 (nA) 电流范围运作。经证实，用数字电源监视解决方案测量纳安范围的电流非常困难。

BattLab-One 基于 Texas Instruments (TI) 的 INA233。该专用电流检测装置可测量电流、总线电压（远高于电源轨）、功率，并通过 I2C（或 SPI）发送采样数据。

我选择 INA233 有几个原因，包括其最大 10 微伏 (μV) 的失调电压、16 位模数转换器 (ADC)、可编程采样平均和采样率以及 I2C 通信能力。遗憾的是，INA233 的 8 μA 偏置电流将其电流检测能力的下限限制在 10 μA。虽然我一直能通过校准消除大部分偏置电流误差，但 8 μA 限制了我测量最新超低功耗微处理器休眠模式功耗（纳安范围）的能力。

幸运的是，TI 的数字电源监视产品阵容有了一个新成员——INA228（图 1）。INA228 与 INA233 引脚兼容，输入偏置电流大大改善，最大值为 2.5 nA。是的，仅仅 2.5 nA 的输入偏置电流！这说明，当测量 100 nA 休眠电流时，潜在最大误差只有 2.5%！

图 1：Texas Instruments 的 INA228 的最大输入偏置电流为 2.5 nA，而 INA233 为 8 µA；另外，ADC 也升级为 20 位，而非 16 位。（图片来源：Texas Instruments）

INA228 也升级到 20 位 ADC，并具有与 INA233 相同的 I2C（和 SPI 版本）通信功能。此外，INA228 的失调电压已降至最大 1 μV。

Texas Instruments 电源监视解决方案的另一个出色特性是电源轨电压与 ADC 的共模电压输入分离。另外，INA228 的 ADC 输入范围是 +/- 40.96 毫伏 (mV)，可编程范围高达 +/- 163.84 mV。这带来的额外好处是能够使用较小检测电阻，进而降低与电流检测相关的电压降。

INA228 使我能够扩展电流检测范围，其下限一直低到 100 nA，并且将因输入偏置电流加失调电压引起的最大总误差保持在 10% 以下。表 1 显示了新型 BattLab-One+ 产品采用 INA228 后的设计参数。

表 1：新款 BattLab-One+ 产品的设计参数，显示了高电流范围和低偏置误差等特性。（图片来源：Doug Peters）

天下没有免费的午餐

一切都很完美，不是吗？我只需要将 INA233 换成 INA228，所有麻烦便都烟消云散！但也不尽然。还记得我提到过，INA233 使用 16 位 ADC，INA228 使用 20 位 ADC 吗？您猜对了：所有固件都基于 INA233 的每样本 2 字节数据。然而，INA228 使用 3 个字节。影响不是很大，但这意味着，为了获得更高带宽的电流检测范围，现有用户不仅需要新的 INA228，还需要更新固件；或者等待几个月，购买新发布的 BattLab-One+！

人们说天下没有免费的午餐，看来确实如此。

结语

毫无疑问，Texas Instruments 的数字电流检测产品使设计工作简单得多。如本文所述，随着 TI 改进其电源监视解决方案，BattLab-One 自然也得到了提升。对于本文而言，INA233 升级到了 INA228。