在现代通信设备中，−48 V供电轨是一种常见的电源形式，特别是在无线基站和电信设备中。然而，测量这种电压下的电流并不是一件简单的事情。传统上，这需要采用双电源供电的器件，这无疑增加了电路的复杂性和成本。本篇文章将介绍一种创新的电路设计，它仅使用正电源供电，即可准确测量−48 V至−60 V之间的电流。
−48 V供电轨在中央交换局中的电压范围可以在−48 V至−60 V之间变化。为了测量该电压下的电流，通常需要双电源（如±15 V）供电的器件。然而，这种设计不仅增加了电路的复杂性，还提高了成本。为了简化电路并降低成本，本电路采用了AD629和AD8603两个芯片，仅使用正电源供电。
在电流检测技术中，高端电流检测相对于低端电流检测有着显著的优势。高端电流检测可以有效抑制接地噪声，并在设备运行期间实时监测短路情况。这种技术为系统提供了更高的稳定性和可靠性。
电路的核心是一个差动放大器AD629，它能够处理超出其电源电压的输入信号。AD629的共模输入范围非常宽，当参考电压VREF设置为+5 V，正电源+VS为12 V，负电源−VS为0 V时，其共模输入范围可以达到−71 V至+121 V，这足以覆盖−48 V供电轨的整个预期范围。
在电路中，差动放大器AD629检测由流经分流电阻的电流产生的差分电压 IS × RS。由于AD629具有固定的增益1，因此其输出电压等于 IS × RS + VREF。这里使用的分流电阻为100 mΩ，具有0.1%的容差和1 W的最大额定功率。选择合适的分流电阻对于确保电流测量的精度和防止自发热效应至关重要。
AD8603被配置为减法器，它能够抑制高达5 V的共模电压，并放大目标信号IS × RS。该信号被放大20倍，以匹配AD7453 ADC的2.5 V满量程输入范围。这种配置使得ADC能够检测到对应于−48 V电源的1.25 A电流。AD8603之所以被选择，是因为它具有低输入偏置电流、低失调漂移以及轨到轨输入和输出特性。这些特性使得AD8603能够与ADC共用同一电源。
然而，需要注意的是，由于AD8603的输出级存在，其输出只能降至地以上约50 mV，这意味着该电路无法测量低于约25 mA的电流。但在实际应用中，通常不需要以高精度测量非常低的电流。
为了获得最大的共模抑制性能，构成减法器的四个电阻的比率必须精确匹配。此外，使用12位ADC AD7453的原因在于其伪差分输入特性，这简化了AD8603与ADC的接口。AD7453还具有小尺寸封装和低成本，非常适合成本敏感或空间受限的应用。
经过测试，本电路在−48 V和−60 V供电轨下均表现出良好的线性，实际测量值与预期值高度相关。这种电路设计不仅简化了电流测量过程，还降低了成本，为通信设备的稳定运行提供了重要保障。
电路功能与优势
−48 V供电轨广泛用于无线基站和电信设备中。用于网络中央交换局时，它可以在−48 V至−60 V之间变化。测量该电压下的电流时，通常需要采用双电源（例如±15 V）供电的器件。一般而言，只有直接与−48 V供电轨接口的前端调理放大器使用双电源，系统其余部分则采用单电源供电。不过，去掉负电源可以简化电路、降低成本。本电路使用AD629 和AD8603 ，仅采用正电源供电，但也能测量−48 V至−60 V时的电流。
与低端电流检测相比，高端电流检测可以抑制接地噪声，并能在工作期间检测短路状况。
图1：测量−48 V电流的电路（原理示意图）
电路描述
本电路使用差动放大器AD629调理超出其电源的电压。最小和最大容许输入共模电压由下列公式确定：
VCOM_MAX = 20 × （+VS – 1.2） – 19 × VREF
VCOM_MIN = 20 × （−VS + 1.2） – 19 × VREF
当 VREF = +5 V， +VS = 12 V且−VS = 0 V时，AD629共模输入范围为−71 V至+121 V，足以涵盖−48 V供电轨的整个预期范围。差动放大器AD629检测差分电压 IS × RS，它由流经分流电阻的电流产生。AD629具有固定增益1，因此其输出电压等于 IS × RS +VREF。
分流电阻为100 mΩ，容差为0.1%，最大额定功率为1 W。选择分流电阻时，电流测量精度和自发热效应均应考虑。
AD8603配置为减法器，因而能抑制5 V共模电压，并放大目标信号IS × RS。该信号放大20倍，以配合 AD7453 ADC的2.5 V满量程输入范围。ADC的满量程2.5 V输入信号对应于−48 V电源的1.25 A电流。选择AD8603的原因是其具有低输入偏置电流、低失调漂移以及轨到轨输入和输出特性。轨到轨输出使得AD8603能够与ADC共用同一电源。应当注意，由于存在输出级，AD8603的输出只能降至地以上约50 mV，对应的输入电流IS 约为25 mA。因此，本电路无法测量约低于25 mA的电流。不过，通常并不要求以高精度测量非常低的电流。
构成减法器的四个电阻的比率必须匹配，才能获得最大共模抑制（CMR）性能。在这一级中，减法器必须抑制AD629的5 V共模信号。
使用12位ADC AD7453的原因在于其具有伪差分输入，能够简化AD8603与ADC的接口。此外，该ADC采用小尺寸封装，成本低，因此适合对成本敏感或尺寸受限的应用。
AD780 精度高且易于使用，所以12位ADC AD7453选其作为基准电压源。
我们已针对−48 V和−60 V供电轨对本电路进行了测试，测得的数字化输出电压与电流的函数关系如图2所示。从图中可以看出，实际值与预期值高度相关，并且本电路在不同共模电压下均具有良好的线性。
图2：−48 V和−60 V共模电压下数字化输出电压与电流的关系
