到目前為止，集成電流傳感器（ICS）的發展是緩慢而漸進的。多年來，目前的測量技術越來越受到發展，專注于高密度組件的小型化，這些組件也可以提供高水平的性能。隨著更多精簡的競爭對手進入市場，笨重的傳感器不可避免地會失去市場份額。

　　一個反復出現的問題是如何領先于市場并確定用戶的需求。找出這些信息，然后開發產品以滿足這些需求，需要一種自上而下和自下而上的方法，其中預測市場趨勢與基于客戶的調查并駕齊驅。客戶通常知道他們希望從他們的ICS中得到什么，他們的反饋已被證明對于推動這一進化過程至關重要。

　　來自客戶的意見有助于確定在電流傳感器中尋找的四大關鍵要素：

　　在整個溫度范圍內的性能 – 這與漂移和靈敏度偏移有關，是最重要的特征

　　集成解決方案可以處理多少電流。具有集成初級元件的小型電流傳感器可限制其可支持的電流量 （ 連續 30 安培或 50 安培 – 通過推動這些極限實現技術突破

　　過流檢測 – 持續監控過流的保護閾值

　　絕緣（基本絕緣或基于系統電壓的增強絕緣）可能是選擇傳感器的關鍵因素

　　圖 1.英國皇家建筑師事務所發展議程框圖。

　　閉環和開環

　　近年來，用戶受益于閉環霍爾效應技術 - LEM設計了一種特殊的閉環專用集成電路（ASIC） - 然后是開環技術，該技術提供了一種成本低得多的解決方案。該技術促成了HLSR系列電流傳感器的開發，這是一種緊湊，低成本的PCB安裝解決方案，將小型化提升到了新的水平。

　　接下來的進化之路是HMSR，這是一種高絕緣ICS，旨在滿足降低成本，提高性能和小型化的持續市場需求。該新系列擴展了微型電流傳感器，用于商業和工業市場高要求的開關電源應用中的交流和直流隔離電流測量。HMSR單元基于微芯的開環傳感器具有增強的絕緣和過流檢測功能，具有低電阻初級導體（以最大限度地減少功率損耗），微型鐵氧體和專有ASIC，可實現直流電測量和一致的絕緣性能。所有這些特性使HMSR成為需要高精度和顯著抗外部磁場抗擾度的高壓應用的理想選擇。微磁芯意味著該器件在往往受到高水平干擾的電力電子應用中特別有用。

　　圖 2. 傳感器外形尺寸減小。

　　圖 3.HMSR DA有效分辨率與/斷續器。

　　由于這些原因，電力電子工程師多年來一直成功地使用模擬HMSR傳感器來測量直流和交流電流。他們特別喜歡緊湊型電流傳感器的優勢，該傳感器具有很強的雜散場抗擾度，增強的隔離和300kHz的帶寬。

　　集成電流傳感器不斷發展的最新解決方案是HMSR DA，這是市場上第一個提供Σ-Δ比特流輸出的ICS，同時測量低電流并仍然提供高分辨率。使用數字信號意味著傳感器的輸出端會引入固定延遲（也稱為響應時間），同時來自模數轉換器（ADC）的量化噪聲顯著降低，數字濾波器通過噪聲整形確保Sigma Δ調制器（SDM）的分辨率更高。通過將調制器與數字濾波器組合在一起來，創建ADC非常簡單。這樣做的好處包括減少連接數量，每個用戶都能夠定義自己的系統性能水平，以及用戶制造兩個或多個具有不同性能的轉換器。這種架構特別適合廉價的CMOS工藝。

　　數字電流傳感器的另一個特性是建立時間，也稱為響應時間或延遲。當時鐘頻率為10MHz，過采樣比（OSR）為128時，SDM的建立時間約為38.4us。使用Σ-Δ輸出比特流的另一個好處是提供的靈活性，這意味著可以根據應用的特定需求在客戶側應用不同的數字低通濾波器。如果需要高分辨率結果，用戶可以選擇使用高階較慢濾波器，或者使用小階較快的信號以獲得更快速但分辨率較低的濾波器。

　　圖 4. HMSR DA 有效分辨率與 OSR.

　　典型集成電路應用

　　事實證明，市場樂于接受提供數字輸出的ICS，因為它提供卓越的信號形狀和更低的噪聲水平，同時降低成本和更小的機械占地面積。這種ICS的典型應用包括機器人，伺服驅動器，縫紉機，數控機床，焊接設備和自動導引車（AGV）。

　　最近，汽車行業開始對這些傳感器表現出興趣。進入這個市場的研發組織和專家制造商對數字解決方案不受外部噪聲（包括電噪聲和磁噪聲）的影響感到興奮，這些噪聲因在使用模擬信號時造成重大困難而臭名昭著。

　　關于數字 ICS 路線圖

　　HMSR DA傳感器被視為LEM數字ICS路線圖的第一步，是市場上同類產品中的第一個，為用戶提供11至13位的分辨率和10MHz的時鐘。

　　最終目標是使用集成電流傳感器接近傳統傳感器的當前水平。目前，HMSR DA可以支持125°C和75安培峰值下的30臂連續，但后續產品將尋求支持100安培的連續電流，同時仍然非常緊湊和PCB安裝。未來的版本還將旨在消除對磁性微核的需求，這將改善頻率響應并消除潛在的磁性干擾。

　　HMSR DA是容易產生噪聲、失真和干擾的應用的理想選擇，通過使客戶能夠節省物料清單（BoM），實現了真正的成本節約。它通過在單個單元中替換一個復雜得多且成本更高的替代系統來實現這一點，該系統傳統上包括分流電阻器，數字隔離器以及帶有二極管和電容器的低/高電源電路。分流器絕不是最佳解決方案，因為在處理高電流時會產生熱噪聲。另一個問題是容納這些獨立設備所需的空間，而HMSR DA只有一個芯片可以完成這三個元件的相同工作，并直接將輸出交付給客戶。新傳感器還為客戶提供了這些獨立單元所不具備的功能，例如ASIC和分流器無法提供的過流檢測。

　　圖 5.西格瑪三角形輸出使用起來非常靈活。

　　配方系統設計

　　此外，還提供不同的輸出模式 - 單比特流和時鐘，但也差分，無需購買輸出驅動器即可從單模轉換為差分。基于RS-422數據和LVDS（低壓差分信號）接收器的解決方案將提供輸出和反相輸出以及時鐘和反相時鐘，這在處理差分信號時非常重要，因為在低功耗和高速下可以消除所有噪聲。使用新的數字傳感器，所有這些功能都整合到一個單元中。

　　預計HMSR DA傳感器將使工程師能夠研究制定系統設計的新方法。客戶還可以使用濾波器來調整傳感器，以滿足其特定要求，在任何需要清潔信號但傳統上受到電噪聲，振動和磁電子噪聲影響的行業中工作時。失真和干擾是這種高要求應用中的重大問題，只有突破數字輸出方面的界限，才能真正突破性地開發解決嘈雜系統問題。

　　數字輸出仍處于起步階段，即使在今天，一些客戶可能仍然猶豫是否要走這條路。然而，這是一個強大的未來趨勢，在未來幾年將變得更加普遍。這就是為什么必須掌握這項技術，并鼓勵用戶就其所在行業應用數字輸出解決方案的可行性提供可靠的反饋。