計装アンプとシャント抵抗を使った電流計測回路の注意点

Q：   計装アンプを使用して電流をモニター出来るような回路を検討しております。 構成としては電流検出用の抵抗の両端電圧を計装アンプの入力に入れて出力をOPアンプでバッファし、ADCに入力します。 AD8226のゲインの値でも変わるとは思いますがどのくらいの差動電圧を取り出せるものなのでしょうか。 例えば抵抗両端の電圧が数mVでも正確に取る事が出来ますでしょうか。電圧が小さければゲインを高くしてもノイズ等に埋もれずに精度が出るのしょうか。

A：   計装アンプは、もともと数ｍVあるいはそれ以下の信号電圧（たとえば熱電対やロードセルの出力）を増幅、信号処理するためのアンプです。　したがって１ｍV以下の信号でも、動作条件を正しく設計してやれば正確に増幅することが可能です。 検出する電流信号の同相電位がどの位置にあるのかによりますが、ハイサイドやローサイドの電流検出であれば、アンプの入力同相電圧レンジと出力電圧の関係に注意が必要です。データシートには、電源電圧と入力同相電圧、出力電圧の関係が示されたグラフが、条件を変えて多数示されているので参考にしてください。電源電圧以内の入力信号でも、条件によっては正しく増幅、出力されないことがあります。たとえばAD8226では、±５V電源でゲイン１００倍で使用した場合、入力の同相電圧が０V（グランド）の時、出力は－５Ｖから＋５Ｖぐらいの電源電圧近くまでの信号を、正確に増幅できますが、同じ電源でも、同相電圧が－４Ｖになると出力は、－３Ｖから＋３Ｖぐらいまでしか正確に扱うことはできなくなります。使用する回路とその信号レンジを考量して、動作条件を設計してください。またノイズに関しては、入力換算（ＲＴＩ）のノイズと出力換算（ＲＴＯ）のノイズ２種類があるの注意してください。ＲＴＩのノイズは、ゲイン倍されて出力されます。ＲＴＯのノイズは、設定ゲインに関わらず同じ価が出力の現れます。これらの値が、測定精度にどれぐらい影響するかは、ＡＤＣの入力でどれぐらいのＳＮ比が必要かで判断します。ただし、ＡＤＣ入力時に（あるいは計装アンプの出力）にフィルタリングすることで、このSN比を向上させることができます。ADCのアンチエリアス・フィルターとしても必要です。電流センス抵抗の値が非常に大きいと（数10MΩ以上であるとアンプの入力バイアス電流やその電流性ノイズが問題になりますが、通常の電流検出では、問題にならないレベルです。