电流采样的方案较多，有低成本方案，也有高成本方案。霍尔传感器方案，因为使用了霍尔器件，成本一般相对较高。而低成本方案中，又以小电阻采样法最为典型。在小电阻采样设计中，又分为高边采样和低边采样。高边采样的优势明显，符合我们的项目设计需求，所以，本次就借助ADI公司的高边电流采样运放芯片AD8410A来实现电流采样。

高边采样的工作原理

采样电阻串联在电源与负载之间，运放输入端承受接近电源电压的共模电压，需专用电流检测放大器处理。

高边采样的优势‌：

1. 整个系统共地‌：负载接地与控制板接地相同，地回路阻抗为零，多负载系统互不干扰，电磁兼容性显著优于低边方案。低边采样负载地还是略有“抬升”。

2. 短路检测‌：可准确检测负载对地短路、对电源短路等所有故障，这也是电机驱动、汽车电子等安全关键领域的首选方案。

3. 抗干扰能力强‌：电源端噪声可通过差分采样和共模抑制有效滤除，采样精度在恶劣电磁环境下更有保障。

劣势详解‌：

1. 运放选型苛刻‌：必须使用共模电压范围覆盖电源轨的专用电流检测放大器。

2. 带宽受限‌：高压共模运放的增益带宽积通常较低，高速开关场景下可能出现响应延迟。

3. 输出电平转换‌：运放输出通常以地为参考，但输入共模电压高，需要内部电平移位电路，增加了设计复杂度。

选型AD8401A

ADI公司的AD8410A的性能特性：

• 具有2.2 MHz的小信号 -3 dB带宽，能够快速响应信号变化，满足高速应用的需求。

• 初始增益为20 V/V，且在整个温度范围内最大增益误差仅为±0.13%，保证了测量的高精度。

• 其典型的直流共模抑制比（CMRR）高达142 dB，在50 kHz时交流CMRR也能达到96 dB，有效抑制共模干扰，提高测量的准确性。

ADI的AD8401A的性能不仅全部涵盖了高边采样的优势，而且解决了其劣势。接下来，我们就使用AD8401A来设计高边电流采样电路。

AD8410A设计原理图

基于上述理论知识与选型指导，我利用AD8401A设计了如下电路：

采样电阻为50毫欧，AD8410A的放大倍率为20V/V。故当通过电流为1A时，放大后为1V。本次设计需求的最大通过电流为3A，所以，MCU的ADC外设采样到的最大电压为3V，满足MCU的ADC外设的最大限制要求。

AD8401A芯片自带缓冲输出，驱动能力足够，可直接为常规MCU的ADC输入提供稳定的采样电压，无需额外添加运算放大器跟随电路。我也是在本次设计中仅串联了100Ω限流电阻，同时在ADC引脚侧并联100nF滤波电容到AGND，组成RC低通网络，抑制高频噪声。