一、电流检测电路
电流检测的应用
电路检测电路常用于：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。whaosoft的电路专辑
对于大部分应用，都是通过感测电阻两端的压降测量电流。
一般使用电流通过时的压降为数十mV～数百mV的电阻值，电流检测用低电阻器使用数Ω以下的较小电阻值；检测数十A的大电流时需要数mΩ的极小电阻值，因此，以小电阻值见长的金属板型和金属箔型低电阻器比较常用，而小电流是通过数百mΩ～数Ω的较大电阻值进行检测。
测量电流时， 通常会将电阻放在电路中的两个位置。第一个位置是放在电源与负载之间。这种测量方法称为高侧感测。通常放置感测电阻的第二个位置是放在负载和接地端之间。这种电流感测方法称为低侧电流感测。
两种测量方法各有利弊，低边电阻在接地通路中增加了不希望的额外阻抗；采用高侧电阻的电路必须承受相对较大的共模信号。低侧电流测量的优点之一是共模电压，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。低侧电流感测电路测得的电压接近于地， 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。
电流检测电路
低侧检测
低侧电流感测的主要缺点是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。
如上图，如果图中运放的 GND 引脚以 RSENSE 的正端为基准，那么其共模输入范围必须覆盖至零以下，也就是GND - (RSENSE × ILOAD)。Rsensor将地（GND）隔开了。
高侧检测
随着大量包含高精度放大器和精密匹配电阻的IC的推出，在高侧电流测量中使用差分放大器变得非常方便，相关推荐:输出电压为什么要偏移？差分电路原理解析。高侧检测带动了电流检测IC 的发展，降低了由分立器件带来的参数变化、器件数目太多等问题，集成电路方便了我们使用。下图为一种高侧检测的 IC 方案：
检测电路连出方式
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。电压检测连接如下图(2)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(1)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。
PCB Layout参考：
二、如何在PCB布局中减少寄生电容？
电子系统中的噪声有多种形式。无论是从外部来源接收到的，还是在PCB布局的不同区域之间传递，噪声都可以通过两种方法无意中接收：寄生电容和寄生电感。寄生电感相对容易理解和诊断，无论是从串扰的角度还是从板上不同部分之间看似随机噪声的耦合。
处理寄生电容并不一定更难，但确实需要理解PCB布局几何形状将如何影响互电容。在高频操作的系统中，或者在高dV/dt节点可以创建电容耦合噪声的地方，一些简单的PCB布局选择可以帮助减少寄生元件。在本文中，将一般性地描述如何减少寄生电容，并提供一些在高频路由以及在开关转换器中的例子。
识别并减少寄生电容
虽然没有单一公式用于寄生电容，但它有一个一般定义：
- 寄生电容是两个通过绝缘体分隔的导电结构之间存在的非故意电容（通常是不希望的）。
有时，这种非预期的电容实际上是有益的，在这种情况下，我们不使用“寄生”这个词来描述它。以电源-地平面对为例；这种简单结构有助于提供一个大的电荷储备，以支持具有高输入/输出数量的高速组件，因为它具有固有的电容性。另一个例子是在共面波导中，基本上是利用寄生电容来将互连的阻抗设置为所需的值。
在PCB中，寄生电容几乎可以出现在任何地方。看看下面的布局；我指出了一些寄生电容明显的区域。这只显示了顶层产生的电容，但任何层都可能有电容。
正如上面的定义所暗示的，寄生电容出现在任何由介电体分隔的导体对之间，我们可以快速识别上述示例中出现寄生电容的多个区域。每当在PCB布局中有寄生电容时，它可以通过两种方式出现：
- 作为自身电容，它表现为导体与不同导体（通常是GND）之间的高不希望的电容。
- 互相电容是指两个导电结构之间的电容，它们各自参考第三个导电结构；这实际上是导致两条走线之间产生电容耦合的电容形式。
为什么高寄生电容很重要？这很重要，因为每当两个电容耦合的导体之间存在变化的电位时，这会导致每个导体上流动一些位移电流。这是设计师应该熟悉的一种串扰形式。通常，当一个切换信号在受害走线上诱导其信号时，我们称之为串扰，但同样的机制在存在一些寄生电容时也可以在任何其他结构上诱导噪声。
虽然永远无法完全消除它，但在某些情况下，尝试减少它是有益的。要了解如何减少寄生电容的一些策略，看一些例子会有所帮助。
示例：开关调节器中的高dV/dt节点
下面的调节器示例部分展示了一个强dV/dt节点的位置，以及为什么这种布局会有更大的耦合进入其反馈回路，而不是到系统的任何附近部分。在开关调节器中，dV/dt节点出现在开关阶段的输出上，但在整流/滤波阶段之前。在下面的示例中，SW_OUT节点是我们的高dV/dt节点，由PWM信号驱动。
这个节点对附近的地面区域有一些寄生电容。如果附近有其他组件或电路，这些电路的寄生电容会导致开关噪声出现在这些电路中。附近的地面有一些帮助，但真正防止噪声耦合的是从SW_OUT回到调节器芯片的大电容器。这个大电容器为高dV/dt开关噪声提供了一个低阻抗路径回到开关阶段的高侧，有效地将开关阶段的输出与GND解耦。
dV/dt 节点可能会导致 PCB 布局中的噪声耦合。一个有意放置的电容器可以防止这种情况
另一种减少SW_OUT与附近走线或电路之间寄生电容的策略是利用下一层的GND平面。将GND平面靠近高dV/dt节点，将通过创建更强的电场与GND的耦合，相比于PCB布局中的某些其他节点，减少相互电容。换句话说，会希望在这块板子的L1和L2之间有一个更薄的介电层。
示例：两条走线之间的相互电容
电容性串扰是走线之间两种耦合类型之一（另一种是感应性），其中一条走线上的信号可以在另一条走线上产生噪声。在逐渐增高的频率下，这主要由相互电容主导。在PCB布局中，假设已经按照最佳实践在GND区域上布线，基本上有两种减少这种类型寄生电容的选择：
- 在保持阻抗目标不变的情况下，使地线更靠近信号线，同时使信号线更窄
- 增加信号线之间的间距
几乎能找到的所有关于减少串扰的建议都会推荐选项#2，但实际上选项#1同样有效。这是因为它使地平面中的镜像电荷/电流更靠近信号线。不应该尝试像短接保护信号线这样的操作，因为这会在地线上产生不希望的寄生电容，并且在某些配置中实际上会增加串扰。
仿真结果显示，两个50欧姆走线之间的寄生电容如何受与GND平面的距离（记作H）的影响。
对于自电容形式的寄生电容，需要分开导体或使导体变小。对于互电容形式的寄生电容，需要通过增加自电容远超过互电容来减少耦合。在上述例子中，我们看到，仅仅通过将地平面靠近我们的互电容信号线，就大大减少了它们的互电容，而无需对PCB布局中的其他导体进行任何改变。
三、零欧姆电阻的使用技巧
零欧姆电阻又称为跨接电阻器，是一种特殊用途的电阻，0欧姆电阻的并非真正的阻值为零，欧姆电阻实际是电阻值很小的电阻。
电路板设计中两点不能用印刷电路连接，常在正面用跨线连接，这在普通板中经常看到，为了让自动贴片机和自动插件机正常工作，用零电阻代替跨线。
上图是用在单面PCB板上做跨线的0欧姆电阻。
零欧姆电阻的作用总结可以包括以下作用：
- 在电路中没有任何功能，只是在PCB上为了调试方便或兼容设计等原因。
- 可作跳线使用，避免用跳针造成的高频干扰(成为天线)
- 在匹配电路参数不确定的时候，以0欧姆代替，实际调试的时候，确定参数，再以具体数值的元件代替。
- 0欧姆电阻实际是电阻值很小的电阻，想测某部分电路的耗电流的时候，接0欧姆电阻，接上电流表，这样方便测耗电流，可用于测量大电流。
上图是用在单面PCB板上做跨线的0欧姆电阻。
- 在布线时，如果实在布不过去了，也可以加一个0欧的电阻。
- 在高频信号下，充当电感或电容。(与外部电路特性有关)电感用，主要是解决EMC问题。如地与地，电源和IC Pin间。
- 单点接地(指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开，各自成为独立系统。)
做电路保护，充当低成本熔丝(圈圈USB电路中以0欧0603电阻充当USB过流保护)由于PCB上走线的熔断电流较大，如果发生短路过流等故障时，很难熔断，可能会带来更大的事故。由于0欧电阻电流承受能力比较弱(其实0欧电阻也是有一定的电阻的，只是很小而已)，过流时就先将0欧电阻熔断了，从而将电路断开，防止了更大事故的发生。有时也会用一些阻值为零点几或者几欧的小电阻来做保险丝。不过不太推荐这样来用，但有些厂商为了节约成本，就用此将就了。
在数字和模拟等混合电路中，往往要求两个地分开，并且单点连接，相关文章:认识地弹（地噪声）。我们可以用一个0欧的电阻来连接这两个地，而不是直接连在一起。这样做的好处就是，地线被分成了两个网络，在大面积铺铜等处理时，就会方便得多。附带提示一下，这样的场合，有时也会用电感或者磁珠等来连接。
配置电路，一般产品上不要出现跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置，易引起误会，为了减少维护费用，应用0欧电阻代替跳线等焊在板子上，相关文章:0欧电阻在电路中有妙用。
零欧姆电阻可以承受多少电流?
设计电路经常要用零欧姆电容，一般根据线路电流来选择电阻额定功率，那0欧姆一般选多少合适?
一般的0欧姆电阻的实际阻值在50毫欧左右+-5%的偏差。所以根据额定功率，你就可以计算出来，它的额定电流了。
- 0402 1/16W：1/16=I*I*0.05 即I=1.118A;
- 0603 1/8W：1/8=I*I*0.05 即I=1.58A;
- 0805 1/4W：1/4=I*I*0.05 即I=2.236A;
对于每种封装的O欧姆电阻具体可以通过多大的电流，还需要根据电阻在PCB板上的散热情况来决定。
下面分别测试了0603， 0805， 1206三种封装下，通过的电流和电阻两端之间的电压的关系。可以看到三种封装的电阻都在电流实际超过6A之后，电压开始快速上升。
上图是在测试0欧姆电阻最大流经电流。
这说明电阻的温度也急剧增加，导致功耗也大幅度增加。0603电阻在电流增加到11.5A时烧毁，0805电阻在电流增加到12A时烧断，1206的电阻在12A时没有烧毁。
上图是0603封装0欧姆电阻电流与电压之间的曲线。
上图是0805封装0欧姆电阻电流与电压之间的曲线。
上图是1206封装0姆电阻电流与电压之间的曲线。
四、常用的电路保护器件
电子电路很容易在过压、过流、浪涌等情况发生的时候损坏，随着技术的发展，电子电路的产品日益多样化和复杂化，而电路保护则变得尤为重要。电路保护元件也从简单的玻璃管保险丝，变得种类更多，防护性能更优越。
电路保护的意义是什么？
在各类电子产品中，设置过压保护和过流保护变得越来越重要，那么电路保护的意义到底是什么？
- 由于如今电路板的集成度越来越高，板子的价格也跟着水涨船高，因此我们要加强保护。
- 半导体器件，IC的工作电压有越来越低的趋势，而电路保护的目的则是降低能耗损失，减少发热现象，延长使用寿命。
- 车载设备，由于使用环境的条件比一般电子产品更加恶劣，汽车行驶状况万变，汽车启动时产生很大的瞬间峰值电压等。因此，在为这些电子设备配套产品的电源适配器中，一般要使用过压保护元件。
- 通信设备，通信场所对防雷浪涌有一定的要求，在这些设备中使用过压保护、过流保护元件就变得重要起来，它们是保证用户人身安全和通信正常的关键。
- 大部分电子产品出现的故障，都是电子设备电路中出现的过压或者电路现象造成的，随着我们对电子设备质量的要求越来越高，电子电路保护也变得更加不容忽视。
那么电路保护如此重要，常用的电路保护元件有哪些？
防雷器件
陶瓷气体放电管
防雷器件中应用最广泛的是陶瓷气体放电管，之所以说陶瓷气体放电管是应用最广泛的防雷器件，是因为无论是直流电源的防雷还是各种信号的防雷，陶瓷气体放电管都能起到很好的防护作用。其最大的特点是通流量大，级间电容小，绝缘电阻高，击穿电压可选范围大。
半导体放电管
半导体放电管是一种过压保护器件，是利用晶闸管原理制成的，依靠PN结的击穿电流触发器件导通放电，可以流过很大的浪涌电流或脉冲电流。相关文章：动画讲解二极管工作原理。其击穿电压的范围，构成了过压保护的范围。固体放电管使用时可直接跨接在被保护电路两端。具有精确导通、快速响应（响应时间ns级）、浪涌吸收能力较强、双向对称、可靠性高等特点。
玻璃放电管
玻璃放电管（强效放电管、防雷管）是20世纪末新推出的防雷器件，它兼有陶瓷气体放电管和半导体过压保护器的优点：绝缘电阻高（≥10^8Ω）、极间电容小（≤0.8pF）、放电电流较大（最大达3kA）、双向对称性、反应速度快（不存在冲击击穿的滞后现象）、性能稳定可靠、导通后电压较低，此外还有直流击穿电压高（最高达5000V）、体积小、寿命长等优点。其缺点是直流击穿电压分散性较大（±20%）。
过压器件
压敏电阻
压敏电阻也是一种用得最多的限压器件。利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的响应时间为ns级，比空气放电管快，比TVS管稍慢一些，一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。压敏电阻的结电容一般在几百到几千pF的数量级范围，很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中，应用在交流电路的保护中时，因为其结电容较大会增加漏电流，在设计防护电路时需要充分考虑。压敏电阻的通流容量较大，但比气体放电管小。
贴片压敏电阻的作用
贴片压敏电阻主要用于保护元件和电路，防止在电源供应、控制和信号线产生的ESD。
瞬态抑制二极管
瞬态抑制器TVS二极管广泛应用于半导体及敏感器件的保护，通常用于二级保护。基本都会是用于在陶瓷气体放电管之后的二级保护，也有用户直接将其用于产品的一级保护。其特点为反应速度快（为ps级），体积小，脉冲功率较大，箝位电压低等。其10/1000μs波脉冲功率从400W～30KW，脉冲峰值电流从0.52A～544A；击穿电压有从6.8V～550V的系列值，便于各种不同电压的电路使用。
过流器件
自恢复保险丝
自恢复保险丝PPTC就是一种过流电子保护元件，采用高分子有机聚合物在高压、高温，硫化反应的条件下，搀加导电粒子材料后，经过特殊的工艺加工而成。自恢复保险丝（PPTC：高分子自恢复保险丝）是一种正温度系数聚合物热敏电阻，作过流保护用，可代替电流保险丝。电路正常工作时它的阻值很小（压降很小），当电路出现过流使它温度升高时，阻值急剧增大几个数量级，使电路中的电流减小到安全值以下，从而使后面的电路得到保护，过流消失后自动恢复为低阻值。
静电元件
ESD静电放电二极管
ESD静电放电二极管是一种过压、防静电保护元件，是为高速数据传输应用的I/O端口保护设计的器件。ESD静电二极管是用来避免电子设备中的敏感电路受到ESD（静电放电）的影响。可提供非常低的电容，具有优异的传输线脉冲（TLP）测试，以及IEC6100-4-2测试能力，尤其是在多采样数高达1000之后，进而改善对敏感电子元件的保护。
电感的作用
电磁的关系相信大家都清楚，电感的作用就是在电路刚开始的时候，一切还不稳定的时候，如果电感中有电流通过，就一定会产生一个与电流方向相反的感应电流。依据法拉第电磁感应定律可知，等到电路运行了一段时间后，一切都稳定了，电流没有什么变化了，电磁感应也就不会产生电流，这时候就稳定了，不会出现突发性的变故，从而保证了电路的安全，就像水车，一开始由于阻力转动的比较慢，后来慢慢趋于平和。
磁珠的作用
磁珠有很高的电阻率和磁导率，它等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变化。它比普通的电感有更好的高频滤波特性，在高频时呈现阻性，所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提高调频滤波效果，在以太网芯片上用到过。
五、常用电路基础公式
1.欧姆定律计算
计算电阻电路中电流、电压、电阻和功率之间的关系。
欧姆定律解释了电压、电流和电阻之间的关系，即通过导体两点间的电流与这两点间的电势差成正比。说明两点间的电压差、流经该两点的电流和该电流路径电阻之间关系的定律。该定律的数学表达式为V= IR，其中V是电压差，I是以安培为单位的电流，R是以欧姆为单位的电阻。若电压已知，则电阻越大，电流越小。
2.计算多个串联或并联连接的电阻的总阻值
3.计算多个串联或并联连接的电容器的总容值
4.电阻分压计算
计算电阻分压器电路的输出电压，以实现既定的阻值和电源电压组合。
什么是分压器?
分压器是一个无源线性电路，能产生一个是其输入电压(V1)一部分的输出电压(Vout)。分压器用于调整信号电平，实现有源器件和放大器偏置，以及用于测量电压。欧姆定律解释了电压、电流和电阻之间的关系，即通过两点间导体的电流与这两点间的电势差成正比。
这是一个说明两点间的电压差、流经该两点的电流和该电流路径电阻之间关系的定律。该定律的数学表达式为V= IR，其中V是电压差，I是以安培为单位的电流，R是以欧姆为单位的电阻。若电压已知，则电阻越大，电流越小。
5.电流分流器，电阻计算
计算连接到电流源的多至10个并联电阻上流过的电流：
6.电抗计算
计算指定频率下电感器或电容器的电抗或导纳大小。
感抗/导纳：
容抗/导纳：
7.RC 时间常数计算器
计算电阻与电容的积，亦称RC时间常数。该数值在描述电容通过电阻器进行充电或放电的方程式中出现，表示在改变施加到电路的电压后，电容器两端的电压达到其最终值约63%所需的时间。同时该计算器也会计算电容器充电到指定电压所存储的总能量。
如何计算时间常数：时间常数(T)可由电容(C)和负载电阻(R)的值确定。电容器(E)中存储的能量(E)由两个输入确定，即由电压(V)和电容决定。
8.LED串联电阻器计算器
计算在指定电流水平下通过电压源驱动一个或多个串联LED所需的电阻。注意：当为此目的选择电阻器时，为避免电阻器温度过高，请选择额定功率是下方计算出的功率值的2至10倍之间的电阻器。
9.dBm转W换算
10.电感换算
11.电容器换算表
换算包括pF、nF、μF、F在内的不同量级电容单位之间的电容测量值。
12.电池续航时间
电池续航时间计算公式：电池续航时间=电池容量(mAh)/ 负载电流(mA)
根据电池的标称容量和负载所消耗的平均电流来估算电池续航时间。电池容量通常以安培小时(Ah)或毫安小时(mAh)为计量单位，尽管偶尔会使用瓦特小时(Wh)。
将瓦特小时除以电池的标称电压(V)，就可以转换为安培小时，公式如下：Ah= Wh /V安培小时(亦称安时)，是一种电荷度量单位，等于一段时间内的电流。一安时等于一个小时的一安培连接电流。毫安小时或毫安时是一千分之一安培小时，因此1000mAh 电池等于1Ah电池。上述结果只是估算值，实际结果会受电池状态、使用年限、温度、放电速度和其它因素的影响而发生变化。如果所用电池是全新的高质量电池，在室温下工作且工作时间在1小时到1年之间，则这种预估结果最贴近实际结果。
13.PCB 印制线宽度计算
使用IPC-2221标准提供的公式计算铜印刷电路板导体或承载给定电流所需“印制线”的宽度，同时保持印制线的温升低于规定的极限值。此外，如果印制线长度已知，还会计算总电阻、电压降和印制线电阻引起的功率损耗。由此求得的结果是估算值，实际结果会随应用条件而发生变化。我们还应注意，与电路板外表面上的印制线相比，电路板内层上的印制线所需的宽度要大得多，请使用适合您情况的结果。
如何计算印制线宽度：首先，计算面积：面积[mils^2]= (电流[Amps]/(k*(温升[℃])^b))^(1/c)
然后，计算宽度：宽度[mils]= 面积[mils^2]/(厚度[oz]*1.378[mils/oz])用于IPC-2221内层时：k= 0.024、b= 0.44、c= 0.725用于IPC-2221外层时：k= 0.048、b= 0.44、c= 0.725其中k、b和c是由对IPC-2221曲线进行曲线拟合得出的常数。
公值：厚度：1oz 环境温度：25C 温升：10C
