泰克科技如何攻克电流检测电阻的高频失真难题

■ 等效串联电感（ESL）

在开关电源、电机驱动和射频系统中，＞1MHz的电流测量精度直接决定系统性能。传统方案依赖电流互感器（CT）或霍尔传感器，却常受限于相位漂移、磁饱和和带宽瓶颈。而基于欧姆定律的分流电阻（CVR）因直接、低成本、宽频响等优势成为理想选择——但一个隐藏的“杀手”却让高频测量严重失真：等效串联电感（ESL），即寄生电感。

一、ESL：高频电流测量的隐形破坏者

寄生电感从何而来？

所有物理电阻均存在ESL，其本质是电流路径的磁场储能效应。关键影响因素：

封装结构：长宽比越大（如1206＞0612），电感越高

内部走线：金属箔电阻ESL＜厚膜电阻＜线绕电阻

PCB布局：电流回路面积扩大将叠加额外电感

高频下的灾难性影响

当频率超过临界点

ESL主导阻抗特性：

■1. 频域失真：S21参数在转折频率后剧烈抬升（图3实测：50mΩ电阻在15.1MHz处+3dB）

图1. 一个简单的分流电阻电路，配置用于在矢量网络分析仪（VNA） 上进行S21测量。

图2. 图1中的电路，带有一个50mΩ的薄膜分流电阻器，采用0612封装，安装在夹具上。端口2连接在连接到PCB中心分流电阻器的方形引脚上。

图3. 图1 中分流电阻器的VNA测量（S21）。光标指示的转折频率为15.1MHz。

■2.时域振铃：阶跃响应出现极端过冲（图4蓝线），导致：

- 峰值电流读数虚高

- 开关损耗计算误差＞15%

- EMI噪声预测失效

图4. 快速阶跃发生器边沿的测量。黄色迹线是使用连接到发生器输出的1GHz无源探头测量的。蓝色迹线来自测量50mΩ分流电阻两端电压的电流分流探头，该分流器连接到同一个发生器输出。

二、3重防御：ESL补偿技术解析

第一层：硬件选型优化

所有物理电阻均存在ESL，其本质是电流路径的磁场储能效应。关键影响因素：

参数	推荐选择	规避方案
封装	0612/1225（宽短型）	0805/1206
材料	金属箔（Susumu RG）	厚膜/线绕
布局	开尔文连接	长引线直连

第二层：并联降感技术

将N个相同CVR并联：

- 总电阻：

- 总电感：

（N倍带宽提升）

第三层：RC补偿滤波器（核心技术）

■原理：在CVR两端并联RC网络，引入极点抵消ESL零点 (如图5&6)

图5. 在上部模型中，迭代估计ESL值，直到在AC仿真中复现15.1MHz转折频率。在下部模型中，一个R=50Ω的RC滤波器被插入电路中，以抵消分流器中的寄生电感。这两个仿真的结果如图5所示

图6. 上部蓝色迹线显示了未补偿分流器对AC分析的响应，转折频率为15.3MHz。下部迹线显示了添加RC滤波器后同一电路的平坦得多的响应。

■设计公式：

■实例（泰克实测）：

- 目标CVR：50mΩ, ESL≈4nH

- 计算值：

（Rterm=50Ω）

- 效果：带宽从15MHz→130MHz（图7），过冲衰减＞80%（图8）

图7. 上部（红色）迹线代表未补偿分流电阻器的频率响应。下部（黑色）迹线代表带RC补偿的组合网络的频率响应。

图8. 快速阶跃发生器边沿的测量，类似于图5，但在分流器两端应用了低通RC滤波器。黄色迹线是使用连接到发生器输出的1GHz无源探头测量的。蓝色迹线来自测量安装了低通滤波器（R=50Ω，C=547pF）的50mΩ 分流器两端电压的电流分流探头。

三、关键验证：如何实现精准测量？

测量工具选择

• VNA：扫频测量S21参数，定位-3dB点

• 隔离电流探头：推荐泰克TICP系列

- 140dB CMRR（消除共模干扰）

- 1000V隔离电压（支持高压总线测量）

- 1GHz带宽（保障时域保真度）

测试陷阱警示

1. 避免使用普通电压探头直接测CVR——引线电感引入额外误差

2. RC滤波器需贴近CVR焊接（＜5mm），否则走线电感破坏补偿效果

3. ＞200MHz时需考虑电容寄生电感

四、工程师实践指南

步骤1：计算最小允许阻值

（例：若ADC检测电压100mV，Imax=10A → Rs≥10mΩ）

步骤2：选择低ESL封装

优先选用0612（Susumu PRL系列ESL＜1nH）或四端子贴片电阻

步骤3：RC补偿参数速算

结语

通过“低感选型+并联降感+RC补偿”三重技术，分流电阻的可用带宽可扩展8倍以上。这使CVR能够替代传统CT方案，在GaN/SiC快开关电路中实现ns级电流波形精准捕获，为高效率电源设计、电机预测性维护等场景提供核心数据支撑。