M8 · 클리핑하지 않는 센스 체인

목표

• 센스 체인의 부담 전압(burden), 오프셋 등가 전류(offset-equivalent current), 필터의 차단 주파수(corner frequency)를 계산합니다.
• 예제가 가장 작은 전류에서 오차 목표를 놓치는 이유를 찾아 고칩니다.
• 오프셋과 패드 저항의 최악 조건에서, 가장 큰 전류일 때 출력을 증폭기의 최대 출력과 ADC의 풀스케일(full scale) 아래에 둡니다.

시작하기 전에

• 센스 체인과 전류 센싱을 읽습니다.
• 이 미션이 다루는 두 가지 주의할 점을 알아 둡니다: 일정한 비율만큼 크게 읽히는 작은 션트와 풀스케일에 이르기 전에 잘리는 전류 출력형 모니터.

단계

1. 체인

전류 출력형 예제로 센스 체인을 엽니다.

▶ 센스 체인에서 열기: 센스 체인 예제: 전류 출력형 증폭기, 2단자 션트
초기값을 가져온 예제 sense-current

이 체인은 500 µΩ를 더하는 패드 위의 10 mΩ 션트로 2 A까지 측정하며, 200 mA을 0.01 이내로 읽어야 합니다.

2. 부담 전압과 오프셋

가장 큰 전류에서의 센스 전압(센스 전압)과, 증폭기의 오프셋을 전류로 환산한 값(오프셋 등가 전류)을 계산해 둘 다 아래에 입력합니다. 션트가 크면 오프셋 등가 전류는 줄고 센스 전압은 커집니다 [Texas Instruments 2023].

3. 낮은 쪽이 실패하는 이유

가장 작은 전류에서 패드 오차(패드 오차)와 오프셋을 더합니다(상대 오차). 둘 중 어느 것이 큰지, 그리고 켈빈 연결(Kelvin connection)이 그중 하나를 없애는 이유를 말합니다 [O'Sullivan 2012].

4. 수정과 그 대가

가장 작은 전류에서의 오차가 목표 안에 든다고 도구가 알려 줄 때까지 체인을 바꿉니다: 연결, 션트, 또는 증폭기의 오프셋. 그런 다음 가장 큰 전류를 확인합니다. 최악 조건의 출력이 증폭기의 최대 출력과 ADC의 풀스케일 아래에 있어야 하며, 그렇지 않으면 이득을 낮춥니다. 수정이 부담 전압과 손실에서 치르는 대가를 적어 둡니다.

5. 필터

필터의 차단 주파수(R-C 차단 주파수)를 계산해 ADC 샘플링 속도의 나이퀴스트 주파수(Nyquist frequency, 나이퀴스트 주파수)와 비교합니다. 차단 주파수를 아래에 입력합니다.

완료 기준

• 가장 큰 전류에서의 센스 전압, 곧 측정 대상 회로에 걸리는 부담 전압.
  내 값 (V)확인
  예제의 값 보기

  20 mV (출처 sense-current: 센스 체인 예제: 전류 출력형 증폭기, 2단자 션트)

• 증폭기의 오프셋을 전류로 환산한 값.
  내 값 (A)확인
  예제의 값 보기

  10 mA (출처 sense-current: 센스 체인 예제: 전류 출력형 증폭기, 2단자 션트)

• 가장 작은 전류에서 패드 오차와 오프셋 중 큰 것, 그리고 오차를 목표 안에 넣는 변경.
• 가장 큰 전류에서 최악 조건의 출력이 증폭기의 최대 출력과 ADC의 풀스케일 아래에 있습니다.
• 수정이 부담 전압과 손실에서 치르는 대가.
• 나이퀴스트 주파수 아래에 있는 필터의 차단 주파수.
  내 값 (Hz)확인
  예제의 값 보기

  1.447 kHz (출처 sense-current: 센스 체인 예제: 전류 출력형 증폭기, 2단자 션트)

이 미션 초기화

체크 표시는 이 브라우저에만 저장됩니다. 계정이 필요 없고 아무것도 전송되지 않습니다.

주의할 점

• 전류 출력형 증폭기의 출력은 전원까지 올라가지 못합니다. 이득과 상관없이 그 헤드룸(headroom)이 최대 출력을 정합니다(풀스케일에 이르기 전에 잘리는 전류 출력형 모니터).
• 데이터시트는 오프셋의 최대 크기만 주고 부호는 주지 않습니다. 두 부호를 모두 확인합니다: 범위 위쪽에서 출력을 올리는 부호와, 아래쪽에서 측정값을 낮추는 부호.
• 전류 출력형 증폭기에서는 필터 커패시터에서 보면 $R_f$에 $R_\mathrm{OUT}$이 직렬로 더해집니다(필터 저항). 그래서 차단 주파수는 $R_f$만으로 구한 값보다 낮습니다.
• 나이퀴스트 주파수 아래에 극점이 하나뿐인 필터는 그 주파수에서도 신호의 일부를 통과시킵니다. 나이퀴스트 주파수에서의 필터 이득을 읽고, 스위칭 주파수를 입력했다면 그곳의 이득도 읽습니다.

더 알아보기

• 기술 기사 System Trade-offs for High- and Low-side Current Measurements (SSZTA51) — Texas Instruments · 확인일 2026-09-24
  션트를 접지 귀환 경로에 둘 때와 전원 쪽에 둘 때의 짧은 비교.
• 기술 기사 Optimize High-Current Sensing Accuracy by Improving Pad Layout of Low-Value Shunt Resistors (Analog Dialogue 46-06) — M. O'Sullivan, Analog Devices · 확인일 2026-09-24
  저저항 션트의 납땜이 측정값에 끼어드는 방식과, 이를 빼는 4패드 배치.

퀴즈

1. 5 mΩ 션트에 4 A가 흐릅니다. 센스 전압, 곧 부담 전압은 얼마입니까?

   1. 20 mV
   2. 2 mV
   3. 200 mV
   4. 0.8 mV
   정답과 해설

   정답: A 옴의 법칙으로 4 A × 5 mΩ = 20 mV이고, 측정 대상 회로는 이만큼을 션트 양단에서 잃습니다.

2. 오프셋이 50 µV인 증폭기가 그 션트를 읽습니다. 오프셋을 전류로 환산하면 얼마입니까?

   1. 1 mA
   2. 10 mA
   3. 0.25 mA
   4. 100 mA
   정답과 해설

   정답: B 오프셋을 션트로 나눈 값: 50 µV / 5 mΩ = 10 mA이며, 모든 전류에서 같습니다.

3. 패드가 그 션트에 0.5 mΩ을 더하고, 센싱은 패드 바깥에서 합니다. 읽은 값은 몇 퍼센트 크게 나옵니까?

   1. 1 %
   2. 10 %
   3. 5 %
   4. 0.5 %
   정답과 해설

   정답: B 증폭기는 션트와 패드를 함께 지나는 전류를 봅니다. 0.5를 5로 나누면 10분의 1이고, 이는 모든 전류에서 같습니다.

4. 패드 오차를 없애는 것은 무엇입니까?

   1. 더 큰 이득
   2. 켈빈 연결: 센스 배선이 부하 전류의 패드가 아니라 션트 자신의 단자에서 만납니다
   3. 더 낮은 샘플링 속도
   4. 더 큰 필터 커패시터
   정답과 해설

   정답: B 4단자 션트나, 2단자 션트를 위한 4패드 배치에서는 패드가 부하 전류를 흘리지만 센스 경로에는 들어 있지 않습니다.

5. 션트를 열 배로 키우면 오프셋 등가 전류가 10분의 1이 됩니다. 그 대가는 무엇입니까?

   1. 없습니다
   2. 같은 전류에서 부담 전압과 손실이 열 배가 됩니다
   3. 대역폭이 10분의 1이 됩니다
   4. 오프셋이 커집니다
   정답과 해설

   정답: B 센스 전압과 션트의 손실이 모두 저항에 따라 커집니다. 출력도 잘릴 수 있으므로 이득을 낮춰야 합니다.

6. 전류 출력형 증폭기의 출력이 풀스케일 전류에서 4.5 V가 되는데, 5 V 전원에서 출력은 전원보다 약 1 V 아래까지만 올라갑니다. 어떻게 됩니까?

   1. 아무 일도 없습니다: 이득이 출력을 정합니다
   2. 풀스케일 전류 전에 출력이 잘립니다: 이득을 낮춥니다
   3. 오프셋이 두 배가 됩니다
   4. 션트가 과열됩니다
   정답과 해설

   정답: B 이득과 상관없이 출력은 헤드룸을 넘을 수 없으므로, 이득을 낮추지 않으면 범위의 윗부분을 잃습니다.