全新 INA228 數位功率監控方案，讓我的 BattLab-One 測量到奈安培的電流

在撰寫本文時，我使用的功率分析元件是 BattLab-One，其電流感測範圍介於 10 µA 至 500 mA 之間。雖然這一範圍能夠良好涵蓋多數微處理器，但較新型的超低功率微處理器能在睡眠模式期間以奈安培電流範圍運作。使用數位功率監控解決方案測量奈安培範圍內的電流，經證實相當困難。

BattLab-One 採用 Texas Instruments (TI) 的 INA233 元件。這種電流感測專用元件可用來測量電流、匯流排電壓 (遠高於電軌電壓)、功率，並可透過 I2C (或 SPI) 傳送樣本資料。

我之所以選擇 INA233 乃是基於幾個理由，其中包括最大可達 10 µV 的偏移電壓、16 位元類比數位轉換器 (ADC)、可編程的取樣平均與取樣率，以及 I2C 通訊能力。可惜的是，INA233 的偏壓電流為 8 µA，將下限範圍的電流感測能力限制在 10 µA。雖然我一直能調正多數的偏壓電流誤差，但在以奈安培電流範圍運作的最新型超低功率微處理器上，這 8 µA 電流卻限制我擷取睡眠模式的能力。

幸好，TI 公司推出新款的數位功率監控系列產品 INA228 (圖 1)。INA228 與 INA233 的引腳相容，而且可提供大幅改善的輸入偏壓電流，最大值為 2.5 nA。是的，輸入偏壓電流只有 2.5 nA！換算下來，測量 100 nA 的睡眠電流時，可能發生的誤差最多只有 2.5%！

圖 1：Texas Instruments 的 INA228 最大輸入偏壓電流為 2.5 nA，而 INA233 則為 8 µA；此外，ADC 也提升至 20 位元，而不是 16 位元。(圖片來源：Texas Instruments)

INA228 也已經升級至 20 位元 ADC，而且內含的 I2C (及 SPI 版本) 通訊與 INA233 相同。此外，INA228 已將偏移電壓降至 1 µV 的最大值。

Texas Instruments 功率監控解決方案的另一項特點，是電源電軌電壓會與 ADC 共模電壓輸入分開。此外，對 INA228 來說，ADC 的輸入範圍介於 ±40.96 mV 之間，可編程範圍最高可達 ±163.84 mV。這可帶來額外的好處，亦即能夠使用較小的感測電阻，進而降低與電流感測相關的壓降。

INA228 讓我能夠將所用的電流感測範圍向下延伸至 100 nA，並將因輸入偏壓電流加上偏移電壓所造成的最大總誤差，降至 10% 以下。表 1 顯示新產品 BattLab-One+ 採用 INA228 後的設計參數。

表 1：新產品 BattLab-One+ 的設計參數顯示，除了其他特性以外，還具備高電流範圍與低偏移誤差特性。(圖片來源：Doug Peters)

天下沒有白吃的午餐

所以，一切都很順利，是吧？我只要將 INA233 改為 INA228，一切問題就都解決了！別這麼快下結論。還記得我曾說過，INA233 是 16 位元 ADC，而 INA228 是 20 位元 ADC 嗎？您猜對了，所有韌體都是採用 INA233 的每樣本 2 個位元組的資料。但是，INA228 卻使用 3 個位元組。雖然影響不大，但意味著，現有使用者會需要使用新的 INA228 並更新韌體，以便獲得更高頻寬的電流感測範圍；或者，只須在幾個月之後購買全新上市的 BattLab-One+ 即可！

天下沒有白吃的午餐，這句話說得沒錯。

結論

毫無疑問，使用 Texas Instruments 的數位電流感測產品會讓設計工作輕省多了。如本文所述，隨著 TI 改進自家的功率監控解決方案，BattLab-One 自然也會得以改良。就這方面來說，INA233 提升成 INA228。