偏置电流(Ibias)其实就是给传感器核心有源组件设定工作点的直流电流,让这些组件跳出零电平状态,确保信号转换的线性度和稳定性,算是传感器能正常干活的基础保障。
在理想的状态下,偏置电流当然是越接近零越好,但是受目前工艺和器件结构的限制,实际应用中根本做不到零。低电流场景里,它就是影响测量误差的“主力军”,干扰比其他噪声源都明显。
偏置电流的来源就两处,一是半导体器件自带的漏电流,这是没法彻底根除的原因。二是维持内部电路运转的静态电流。设计时重点盯紧输入偏置电流(Ib)就行,它的大小和稳定性,直接影响分流电阻的采集精度。
偏置电流的计算与选型技巧
偏置电流由内部固定参考电压(Vref)和外接限流电阻(Rext)共同决定,核心公式是Ibias = Vref / Rext。Vref常见的有1.2V、1.25V、2.5V,具体得查对应传感器的数据手册。调节Rext就能适配不同场景,反过来用Rext = Vref / Ibias,就能算出需要的电阻值。
比如Vref=1.25V、目标偏置电流10μA时,算出Rext=125kΩ,实际选型跟着E24标准电阻系列走就行,不用死磕理论值。

以电源管理IC配套的场景为例,选型不用搞得太复杂,先查手册找到关键参数。要是Vref=1.25V、推荐偏置电流范围5μA~20μA,结合功耗和噪声控制需求,把目标值定在10μA就很合适,大多数工业场景都能覆盖。
125kΩ不是标准电阻值,选120kΩ(偏差-4%)或130kΩ(偏差+4%)就可以,反算后实际偏置电流分别是10.42μA、9.62μA,都在推荐范围内,完全能满足工程需求。
高精度场景挑公差±0.1%~±0.5%的电阻,普通场景用±1%~±5%公差的就够了,既能控制成本又可以保证精度。
如果是-40℃~85℃的宽温环境,一定要选低温漂电阻(≤±25ppm/℃),不然温度一变,电阻阻值跟着飘,偏置电流稳定性就没办法保证了。
还要满足功耗公式P=Ibias²×Rext,防止电阻发热老化。像10μA搭配120kΩ电阻,功耗才12μW,远低于0402封装电阻的额定功率,冗余量很足。

偏置电流对测量精度的影响
偏置电流对精度的干扰,主要看被测电流的量级和传感器类型。低电流场景里这种干扰会被放大,比如用偏置电流90μA的INA240测250μA电流,误差直接到36%,根本满足不了高精度要求。
误差主要有两种,一是叠加误差,被测电流和偏置电流量级接近时,测量值会偏离真实值。二是失调放大误差,输入失调电流(Ios)产生的差分电压经放大后,误差会跟着放大倍数一起变大。
不同传感器的偏置特性差别不小,适配场景也不同,磁通门型零偏小、抗冲击强,适合动力电池监测。磁阻闭环型温漂低,工业自动化场景用着顺手。集成放大器型偏置才0.5pA,妥妥是微弱电流测量的首选。
偏置电流的优化
偏置电流的干扰没法彻底根除,但用硬件优化加软件补偿的组合方案,就能把误差压到可接受范围,进一步提升测量精度。
硬件优化是基础,核心围绕元件选型、电路拓扑和PCB布局这三点。优先选超低偏置传感器,比如INA190、AD8421,电阻选金属膜或合金的,能减少噪声和温漂带来的影响。采用差分输入配置抵消共模误差,在敏感区域并上0.1μF和10μF电容,既能抑制电源波动和电磁干扰,又能稳住偏置电流。PCB布局也别马虎,合理规划分流电阻位置,避免寄生元件产生额外误差,同时优化电源滤波布局,降低共模电压的干扰。
软件可以补偿硬件残留的误差,单点零位校准最容易落地,系统上电初始化时,采集零电流场景的输出值作为基准,实际测量时实时扣除,就能抵消固定偏置误差。要是有宽量程需求,可用数字电位器(比如AD5293)替代固定电阻,通过可编程调节动态适配不同量程的精度要求,灵活又省心。
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