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閱讀：24發(fā)布時(shí)間：2026-4-28
智能傳感器是智能化時(shí)代信息系統(tǒng)與外界環(huán)境交互的重要手段和感知信息的主要來源，也是決定未來信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。近年來國(guó)內(nèi)不斷發(fā)布的利好政策為國(guó)產(chǎn)化替代提供了巨大市場(chǎng)機(jī)遇。電流傳感器是一種電流檢測(cè)裝置，可以檢測(cè)被測(cè)電流的信息，按比例換算成符合標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號(hào)，以滿足信息的傳遞、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。
分流器
即高精度電阻，作為常見的電流檢測(cè)元件，具有精度高，線性度好以及溫度穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，常用于小電流直流應(yīng)用，對(duì)于交流應(yīng)用需要與線性光耦搭配使用。分流器由于直接串聯(lián)于電路當(dāng)中，具有插入損耗與發(fā)熱問題，因此大電流應(yīng)用常采用非插入型產(chǎn)品方案。對(duì)于 5G收發(fā)器、波束成形器和其他高速RF等一些更具體的應(yīng)用，考慮帶寬和RF噪聲水平時(shí)，功率要求甚至更加嚴(yán)格。傳統(tǒng)的雙極（降壓 + LDO）解決方案廣泛用于RF應(yīng)用中，由于輸出電流高，不僅體積大、效率低，還需要更高水平的散熱。隨著對(duì)輸出電流能力的要求不斷提高，使用單個(gè)降壓穩(wěn)壓器為高需求負(fù)載供電變得不劃算。而多相降壓穩(wěn)壓器因可擴(kuò)展性和紋波交錯(cuò)優(yōu)勢(shì)，電流傳輸性能出色，因此被廣泛用于該領(lǐng)域。但是，要達(dá)到快速瞬態(tài)響應(yīng)和超低RF噪聲要求，多相降壓穩(wěn)壓器需要采用多個(gè)輸出電容和多級(jí)LC濾波器來為高速RF ASIC供電。
電流互感器
利用原副邊匝比不同來進(jìn)行電流信號(hào)檢測(cè)，只能作為交流信號(hào)的檢測(cè)，具有成本低，精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
霍爾電流傳感器
霍爾效應(yīng)是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛侖磁力作用引起的偏轉(zhuǎn)，這種偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致在垂直電流和磁場(chǎng)的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的積聚，從而形成橫向電場(chǎng)，將該電場(chǎng)進(jìn)行信號(hào)放大處理即轉(zhuǎn)換為滿足標(biāo)準(zhǔn)的輸出所需信號(hào)。因此利用霍爾效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)非接觸式電流檢測(cè)，具有無插入損耗、隔離式、檢測(cè)精度高、結(jié)構(gòu)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。決定電源性能的一個(gè)重要特性是其恢復(fù)時(shí)間。這是在發(fā)生負(fù)載瞬態(tài)時(shí)，輸出電壓恢復(fù)到穩(wěn)壓值所需的時(shí)間。每個(gè)電源的恢復(fù)速度都有限制，與控制環(huán)路帶寬相關(guān)?？刂骗h(huán)路帶寬更高，意味著電感電流在瞬態(tài)期間能夠更快地爬升/回落，以補(bǔ)償輸出電容的電荷變化，在更快時(shí)間內(nèi)完成恢復(fù)過程。
開環(huán)電流傳感器：將原邊電流產(chǎn)生的電磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，通過放大器輸出，有貼片式產(chǎn)品作為小電流檢測(cè)，也有模塊式作為大電流檢測(cè)。
閉環(huán)電流傳感器：在磁芯上饒副邊線圈，在原邊有電流流過時(shí)，副邊線路電流產(chǎn)生的補(bǔ)償磁通與原邊電流Ip產(chǎn)生的磁通大小相等，方向相反，使得磁芯中磁通總量為零?；魻柶骷洼o助電路產(chǎn)生的副邊補(bǔ)償電流準(zhǔn)確反映了原邊電流的大小，原副邊電流大小為線圈匝比關(guān)系。傳感器或攝像頭會(huì)發(fā)射調(diào)制紅外光束，并測(cè)量從不同距離的不同表面接收到的光的相位差。該數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為距離，并為照明場(chǎng)景提供深度。ToF傳感器使用逐像素處理，這需要復(fù)雜的算法，但由于其廣泛的適用性，愈發(fā)受到物流、汽車和消費(fèi)電子領(lǐng)域的親睞。通過在三個(gè)維度上進(jìn)行掃描，ToF傳感器可以創(chuàng)建目標(biāo)對(duì)象的 3D 圖像，閉環(huán)電流傳感器具有精度高、線性度好、磁失調(diào)小、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，成本相對(duì)較高，功率損耗大。
磁通門電流傳感器
與霍爾電流傳感器類似，都是通過檢測(cè)氣隙中磁通大小來檢測(cè)電流信號(hào)，只是氣隙中感應(yīng)元件變?yōu)榇磐ㄩT探頭。
如下為幾種常用電流傳感器對(duì)比
磁阻電流傳感器
磁阻技術(shù)的發(fā)展，使得電流傳感器感應(yīng)元件得到了進(jìn)一步擴(kuò)充，其中各向異性磁阻(AMR)、巨磁阻(GMR)以及隧道磁阻(TMR)技術(shù)的發(fā)展使得電流傳感器實(shí)現(xiàn)更高精度、更好溫度穩(wěn)定性以及更高帶寬，目前成品主要為貼片式電流檢測(cè)產(chǎn)品。傳感器的操作非常簡(jiǎn)單。它根據(jù)光子混合器設(shè)備（PMD）的原理進(jìn)行檢測(cè)。ToF傳感器主要分為兩類：直接傳感器和間接傳感器。直接ToF傳感器的工作原理是通過發(fā)射光、收集反射信號(hào)，然后測(cè)量信號(hào)延遲[圖1]；接著，用光飛行時(shí)間來測(cè)量距離，從而實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的3D重建。
物質(zhì)在一定磁場(chǎng)下電阻改變的現(xiàn)象，稱為“磁阻效應(yīng)”，磁性金屬和合金材料一般都有這種磁電阻現(xiàn)象，通常情況下，物質(zhì)的電阻率在磁場(chǎng)中僅產(chǎn)生輕微的減?。辉谀撤N條件下，電阻率減小的幅度相當(dāng)大，比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻值約高10余倍，稱為“巨磁阻效應(yīng)”（GMR）。傳感器可以在不影響圖像分辨率的情況下，擴(kuò)大測(cè)量范圍，并在低成本、可靠和緊湊的封裝中提供全部數(shù)字細(xì)節(jié)，這為3D增強(qiáng)型攝影提供了優(yōu)化解決方案。的ToF傳感器功耗較低，對(duì)移動(dòng)設(shè)備來說，是一個(gè)具有吸引力的選擇。此外，與結(jié)構(gòu)光發(fā)射等技術(shù)相比，ToF傳感器對(duì)精確的機(jī)械對(duì)準(zhǔn)的依賴程度較低。新型ToF傳感器允許使用更高的調(diào)制頻率，因此，顯著提高了精度。
隨著GMR效應(yīng)研究的深入，TMR效應(yīng)開始引起人們的重視。盡管金屬多層膜可以產(chǎn)生很高的GMR值，但強(qiáng)的反鐵磁耦合效應(yīng)導(dǎo)致飽和場(chǎng)很高，磁場(chǎng)靈敏度很小，從而限制了GMR效應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用。磁隧道結(jié)（MTJ s）中兩鐵磁層間不存在或基本不存在層間耦合，只需要一個(gè)很小的外磁場(chǎng)即可將其中一個(gè)鐵磁層的磁化方向反向，從而實(shí)現(xiàn)隧穿電阻的巨大變化，故MTJs較金屬多層膜具有高得多的磁場(chǎng)靈敏度。同時(shí)，MTJs這種結(jié)構(gòu)本身電阻率很高、能耗小、性能穩(wěn)定。因此，MTJs無論是作為讀出磁頭、各類傳感器，還是作為磁隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)，都具有的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用前景十分看好，引起世界各研究小組的高度重視。
精度計(jì)算
電流傳感器最核心的參數(shù)即電流檢測(cè)精度，電流精度主要考慮線性度、零點(diǎn)以及零點(diǎn)溫漂，閉環(huán)產(chǎn)品增加一個(gè)增益誤差。
開環(huán)產(chǎn)品精度計(jì)算：
XG = εL + εVoe + εTCVoe
閉環(huán)產(chǎn)品精度計(jì)算：
XG = εL + εG + εIoe + εTCIoe
通常規(guī)格書給出的為額定電流下所對(duì)應(yīng)的精度，所有誤差的算法，其中分母為當(dāng)前測(cè)試電流所對(duì)應(yīng)的值，因此以線性誤差為例，額定電流100A的電流傳感器，其線性誤差為1%，在實(shí)際電流10A時(shí)，其線性誤差達(dá)到了10%（1%*100/10），同理零點(diǎn)誤差與零點(diǎn)漂移誤差也隨之增大。傳感器通過準(zhǔn)確映射物體及其周圍環(huán)境，成為該場(chǎng)景中的主角。MR是大有前途的3D設(shè)計(jì)輔助技術(shù)，例如：室內(nèi)設(shè)計(jì)師可以使用自己的手機(jī)繪制房間，并進(jìn)行數(shù)字化家具布置。同樣，真實(shí)世界的物體也可以使用ToF傳感器攝像頭進(jìn)行3D映射和數(shù)字化處理。市面上已經(jīng)有了很多這類商用移動(dòng)應(yīng)用程序，但卻因攝像頭而無法實(shí)現(xiàn)逼真的映射效果，電流傳感器的小電流精度才是真正考驗(yàn)傳感器的地方，因此為了滿足不同電流的精度需求，目前市面上有雙量程輸出的電流傳感器，以及霍爾電流傳感器與分流器組合方式，其中霍爾負(fù)責(zé)大電流，分流器負(fù)責(zé)小電流。磁阻技術(shù)的引入也增加了高精度需求的可選項(xiàng)。
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