序言
本系列的前文回顧：
作為續篇電流并聯分流，本文討論非隔離的電壓測量，后續文章再討論隔離的方案。
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分流內阻/取樣內阻
Shunt譯音為分流器、分流阻值，為了增加大電壓下的幀率，電阻常常取很小。
電壓表的輸入內阻很大但阻值有限，為了擴展阻值，在電壓表兩端并聯分流內阻，分流走大部份的電壓，保證了流過電壓表的電壓在可測范圍內，再依照其讀數推導入總電壓之和。
按此理解，用于訊號調養的放大器亦可看作一個高輸入阻值的電壓表。
當放大器的輸入電壓小到可以忽視，便覺得分流內阻直接串聯在回路中，兩端壓降反比于流過電壓的大小。這些場景下，分流內阻也就是取樣內阻。
取樣內阻的種類好多，選型和布線時需愈發注意，防止引入毋須要的寄生電感，給高頻下的測量訊號帶來畸變。
相比成品，直接借助銅帶如PCB走線做取樣內阻時，必須愈發注意解決一致性和溫漂的問題，才有機會實用化。
高邊和低邊電壓測量
取樣內阻配合后級放大器，有低邊和高邊兩種電壓測量方法。
高邊檢查有利于保留完整的參考地平面，無需考慮取樣內阻在參考地引入穩態和瞬態壓降，及相線耦合的噪音，且能檢出對地漏電，但差分結構的放大器得承受高紋波電流，給設計難度和串擾抑制能力帶來挑戰。
差動/差分放大器
有一類專用于高紋波電流測量，且把差分內阻集成的放大器，即差動/差分放大器()。通過內阻分壓原理，內部集電極實際看見的輸入電流落在供電電流內，且集成的內阻有利于偏差匹配，因而提升串擾抑制比(CMRR)。
將著名IC供應商提供的商用差動放大器整理如下，發覺有不少±200-300V甚至到±600V串擾能力的產品布局。
電壓測量放大器
若專用于測量高邊的電壓，另有一類更常用的電壓測量放大器(sense,CSA)，非并且外圍內阻，取樣內阻、后續訊號處理電路、ADC、通信插口等也可被逐一集成，實現更高的集成度和智能性。
在CSA的實現中，不僅用差分的內阻分壓，另有一類分流的形式頗為主流。
它借助晶體管承受高壓，搭配上浮動供電和鉗位技術，使低壓的精密集電極也能工作在高紋波電流下。通過R1進行壓流轉換后，借助晶體管和電壓鏡再度進行流壓轉換，隨后以電流方式輸出。
無論是哪種實現辦法，CSA耐受的串擾電流大小總是有限的，已有的產品大都在100V以內。
究其緣由，一方面對分壓型電路，高紋波電流對應很大的分壓比列，致使集電極聽到的輸入電流微小，幀率低；另一方面因為內部份壓內阻，晶體管/浮電等模塊需承當高壓，對應的工藝會限制精密集電極的性能。
動點取樣的問題
以Buck舉例說明了參考地的選擇。為了獲取開關周期內完整的電感電壓波形，當把參考地置于高頻開關節點上時，意味著放大器要承受高頻跳變的串擾電流，考驗其高頻CMRR的水平。
可以看見，隨著SW快速dv/dt的電流邊緣變化，放大器的電壓測量輸出急劇形成正負向的尖峰噪音。形成噪音的大小和恢復時間由放大器的高頻CMRR決定。
由右圖可見，不同的放大器高頻CMRR性能差別很大，CMRR越高的電流并聯分流，對動點形成的噪音抑制越好。
無取樣內阻---間接/直接觀測
文獻中出現過只借助電感的差分電流信息，通過實時積分或SW求平均的方法，間接獲得電感電壓實時值或平均值的辦法。這種辦法僅僅是防止直接測量電壓，但對電流訊號的處理步驟過多，精度和速率都無法保證，但是應用場景受限。
少數電源芯片可支持導通內阻Rds(on)直接作為取樣內阻。檢查功率管兩端的電流Vds，并恐怕其導通狀態下的Rds(on)，進一步求出導通電壓。但Rds(on)對工藝、電壓、溫度等變化非常敏感，為了實用化，有必要進行實時校正。
基于電感DCR和內置RC混頻網路的電壓測量，是可實現全開關周期檢查的低成本成熟方案，大量應用于低壓大電壓的三相/多相Buck控制芯片中。應用時要盡量保持RC時間常數和電感參數的匹配，它們對氣溫敏感，因而要注意選型且引入氣溫補償舉措。
無取樣內阻---元件/芯片集成
值得一提的是，功率產品很早就開始借助-FET技術，引出額外的電壓測量引腳實現集成的電壓測量。其設計思想為并聯感測管與功率管，參數匹配后，以電壓鏡像的方式間接對功率管電壓進行測量。測量精度取決于功率管與感測管間的匹配，且感測管易受主功率開關噪音的干擾。
為克服這種問題，近些年來涌現出越來越多自帶電壓測量輸出的智能功率集成芯片，除了測量精度大大提升，在推挽方式的功率芯片/模組內，通過上下管電壓鏡疊加，或引入各類擬合的方法，可集成全周期電壓波形的監測輸出，從低壓大電壓的DrMOS到高壓的GaN功率芯片都有應用。
參考文獻
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