電流感測放大器設計指南: PoE、USB PD、桌上型電腦及伺服器應用解析
Current Sense Application Team | AN091 September 2025
在現代電子系統中，精確的電流監控對於系統安全、效能優化以及能源管理至關重要。Current sense（電流感測）技術，透過偵測電阻 (Rshunt) 上的電壓差，能即時掌握系統中的電流變化，並將資訊回饋給主控單元（如 EC 或 MCU），以便進行後續的判斷與控制。隨著應用需求的多元化，Current sense 產品也發展出類比型與數位型兩種主要架構，各自具備不同的優勢與適用場景。本篇應用筆記將針對這兩種架構的特性與應用進行說明。
1. 電流感測放大器簡介
電流感測放大器 (Current sense amplifiers) 的主要功能是偵測 Rshunt 上的電壓差，並將其轉換為類比或數位訊號，提供給系統的 EC/MCU 進行判斷與控制。類比與數位型電流感測放大器的差異在於，數位型會將偵測到的 Rshunt 電壓差透過 I2C/SMBus 等協議回報給 MCU，而類比型則是直接輸出相對應的電壓訊號，由 MCU 進行電流判斷。
圖 1. 電流感測放大器基本架構
類比型的優點是響應速度快，且可放大 Rshunt 的電壓訊號，適合需要即時回饋或 OCP（過電流保護）功能的應用。數位型則能提供更完整的電壓、電流及功率資訊，並具備額外的警報 (alarm) 功能，能有效減輕 MCU 的運算負擔，特別適合有待機需求的系統。
總結來說，若系統需要即時回饋或 OCP 功能，建議選用類比型；若系統重視待機管理或需整合更多電源監控資訊，則數位型會是更合適的選擇。
類比型 vs. 數位型電流感測放大器比較表
| 類型 |
優點 |
缺點 |
| 類比型 |
- 反應速度快：類比訊號處理延遲低，適合即時監控。
- 電路簡單：設計與實現較為直接，成本通常較低。
- 高解析度：可提供連續的電流變化資訊，解析度不受 ADC 限制。
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- 易受雜訊干擾：類比訊號容易受到外部雜訊影響，需良好設計抗干擾措施。
- 後續處理需額外 ADC：若要與數位系統整合，仍需 ADC 轉換。
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| 數位型 |
- 易於整合：可直接與微控制器、數位系統連接，便於資料儲存與分析。
- 功能豐富：可內建多種診斷、校正、通訊協定（如 I2C、SPI 等）。
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- 反應速度較慢：受限於取樣率與數位處理速度，對於極高速變化的電流不如類比即時。
- 解析度受限：受 ADC 位元數影響，解析度有限。
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2. 立錡精選電流感測放大器系列
2.1 數位型電流感測放大器
數位產品比較表
| 數位型 |
共模電壓操作範圍 |
最大偏移誤差 |
最大增益誤差 |
檢測電壓輸入範圍 |
包裝 |
| RTQ6136 |
0V to 60V |
4μV |
0.1% |
可編程 |
TWCSP-8P, TSOT-28 |
| RTQ6134 |
80μV |
0.5% |
TWCSP-8P |
| RTQ6132 |
40μV |
0.3% |
TSOT-28 |
| RTQ6059 |
0V to 32V |
50μV |
0.3% |
TSOT-23-8, MSOP-10 |
| RTQ6056 |
0V to 36V |
10μV |
0.12% |
固定 |
MSOP-10 |
RTQ6053
RTQ6053B |
25μV |
0.3% |
VQFN-16L |
2.1.1 RTQ6132、RTQ6134 和 RTQ6136
RTQ6132、RTQ6134 和 RTQ6136 是立錡即將推出的數位型高精度電流感測器，專為 48V 伺服器系統設計，適合高側或低側測量。
RTQ6132 具有 0.3% 的最大增益誤差和 40μV 的最大偏移; RTQ6134 具有 0.5% 的最大增益誤差和 80μV 的最大偏移; 而 RTQ6136 可提供更高精度，擁有 0.1% 的最大增益誤差和 4μV 的最大偏移誤差。
此系列產品能夠監測的匯流排電壓範圍為 0V 至 60V，並配備數位介面，支援 I2C 和 SMBus 通訊。RTQ6134 配備 12 位 ADC，而 RTQ6132 和 RTQ6136 則擁有 16 位 ADC，能夠報告電流、匯流排電壓和系統功率。它們提供報警限值設定功能，用於過電流和欠電流事件的警示。
此系列產品的供電範圍為 2.5V 至 5.5V，並且具有 75V 的共模電壓絕對最大額定值 (AMR)，是 48V 伺服器系統的理想選擇。
2.1.2 RTQ6059
RTQ6059 數位輸出功率感測器具備高精度電流感測功能，支援高側和低側感測以及雙向測量，提供 0.3% 的最大增益誤差和 50μV 的最大偏移。最大的特色是具有可編程增益的電壓輸入範圍 (PGA)，包括 ±40mV、±80mV、±160mV 和 ±320mV，能夠靈活適應不同的應用需求。可監測的匯流排電壓範圍為 0V 至 32V，並配備數位介面，支援 I2C 和 SMBus 通訊。內建 12 位 ADC，能精確報告電流、匯流排電壓和系統功率。供電範圍為 3V 至 5.5V，適合多種電源系統。這款感測器提供了高精度、靈活性和可靠性，適合需要精確電流與功率監測的應用場景。
2.1.3 RTQ6053、RTQ6053B 和 RTQ6056
RTQ6053、RTQ6053B 和 RTQ6056 是數位輸出功率監視器，具備高精度電流感測功能，支援高側和低側感測以及雙向測量，最大的特色是提供多種保護功能，包括可編程警告閾值設定，以及過電流、過電壓和過功率的報警功能，確保系統的安全性和穩定性。RTQ6053 和 RTQ6053B 提供 0.3% 的最大增益誤差和 25μV 的最大偏移，而 RTQ6056 則具備更高精度，擁有 0.12% 的最大增益誤差和 10μV 的最大偏移。這些設備能夠監測的匯流排電壓範圍為 0V 至 36V。具有數位介面，支援 I2C 和 SMBus 通訊，並內建 16 位 ADC，能夠精確報告電流、匯流排電壓和系統功率。供電範圍為 2.7V 至 5.5V，適合多種應用場景。
2.2 類比型電流感測放大器
類比型產品比較表
| 類比型 |
共模電壓操作範圍 |
最大偏移誤差 |
最大增益誤差 |
電壓增益 |
包裝 |
| RTQ6060A |
0V to 36V |
±35μV to ±100μV |
±0.4% |
50V/V、75V/V、100V/V、200V/V、500V/V、1000V/V |
SC-70-6 |
| RTQ6060B |
±150μV |
±0.8% |
| RTQ6052 |
2V to 80V |
2.5mV |
2% |
100V/V |
MSOP-8, SOP-8 |
| RTQ6050 |
2.5mV |
2% |
20V/V |
2.2.1 RTQ6060A 和 RTQ6060B
RTQ6060A 和 RTQ6060B 是高精度類比型電流感測放大器，可支援 0V 至 36V 共模電壓範圍，以及高/低端及雙向電流量測，適用於多種應用。在全溫度範圍內具有極低增益誤差，RTQ6060A 為 ±0.4%，RTQ6060B 為 ±0.8%，並僅有 10ppm/°C 的增益漂移。輸出偏移電壓最低可達 ±35μV，最大僅 ±150μV，且偏移漂移僅 0.5μV/°C。產品提供六種增益選擇（50V/V 至 1000V/V），靜態電流消耗僅 100μA，適合高精度、低功耗的電流感測應用。
2.2.2 RTQ6050 和 RTQ6052
RTQ6050 和 RTQ6052 是類比型電流感測放大器，額外具備帶隙參考源及輸出鎖定功能的比較器。支援 2V 至 80V 高共模電壓範圍，提供 20V/V (RTQ6050) 和 100V/V (RTQ6052) 增益作選擇。此系列產品內建開漏輸出 (open drain output) 的比較器，以 0.6V 內部參考電壓作為比較基準，並可透過外接電阻分壓器設定輸出跳變的電流閾值。比較器具備自鎖功能，輸出鎖定後，只需將 
引腳接地，即可解出輸出鎖定。
3. 應用範例
3.1 以太網供電 (PoE, Power over Ethernet)
PoE (Power over Ethernet) 是一種能夠透過網路線 (Ethernet) 同時傳輸資料和電力，讓網路設備如 IP 攝影機、無線基地台、網路電話等無需額外電源線，只要一條網路線就能運作，可大幅簡化佈線和安裝流程，提升系統的彈性與便利性。 電流感測放大器可以協助 PoE 完成以下幾個功能:
| 電流檢測放大器功能 |
PoE 應用說明 |
| 安全保護 |
PSE 需監控輸出電流，避免過流造成設備損壞或線路過熱，確保系統安全。 |
| 協議偵測與分類 |
PoE 協議在供電前會量測電流，判斷 PD 類型與功率需求 (Class 0~8)，以提供合適電力。 |
| 功率管理 |
透過電流感測，PSE 可動態分配總功率，確保多個 PD 同時運作時不會超載。 |
| 故障偵測 |
發現異常電流（如短路、過載）時，PSE 可即時切斷電源，保護設備與線路。 |
立錡 RTQ6056 可用於 PoE 輸入的電源監控，如圖 2 所示。PoE 的輸入電壓範圍為 37V 至 57V，雖然 RTQ6056 的最大操作電壓僅支援到 36V，無法直接放在高壓端，不過 RTQ6056 具備低壓檢測功能，因此可將其配置於低電壓端來監控系統控制器，仍可作為此應用的解決方案。
圖 2. RTQ6056 應用於 PoE 系統
圖 3 為 RTQ6056 的誤差評估曲線 (error estimation curve)。從圖中可以看出，在常溫條件下負載電流介於 1A 至 2A 時，量測誤差僅約 1%，高精準度可針對 PoE 應用做出正確的判斷。
圖 3. RTQ6056 誤差評估曲線
3.2 USB 電源傳輸 (PD, Power Delivery)
PD (Power Delivery) 是 USB-IF 制定的 USB Type-C 充電協議，可依設備需求協商電壓與電流。它具備快速、安全與雙向供電特性，廣泛應用於手機、筆電與平板等裝置，已成為現代 USB 充電的主流標準。電流感測放大器可以協助 PD 應用提供以下幾個功能:
| 電流檢測放大器功能 |
PD 應用說明 |
| 安全保護 |
電流感測可即時監控線路電流，防止過流，避免設備損壞或安全事故。 |
| 協議偵測與分類 |
PD 協議需精確電流感測，確保供電端輸出電流不超過協商值。 |
| 功率管理 |
透過電流感測優化充電效率，並根據電流調整策略，避免過熱。 |
| 故障偵測 |
可將電流資訊回報給主控或用戶，讓用戶了解充電狀態。 |
現今的顯示器多配備 USB PD 輸出，可供外接鍵盤或其他 OTG 裝置使用。為了符合 PD 規範，系統會在每一個 port 加入一個電流檢測放大器，用來監控輸出功率，如圖 4 所示。立錡 RTQ6059 具備兩個 address select pin，可設定成多達 16 個不同位址，非常適合應用於單一 EC (Embedded Controller) 需要同時管理多個 USB 接口的應用場景。此外，RTQ6059 還能依需求設定不同的電流檢測範圍 (40mV/80mV/160mV/320mV) ，大幅提升設計彈性，是多埠 USB PD 系統的理想解決方案。
圖 4. RTQ6059 應用於 USB 系統
圖 5 為 RTQ6059 的誤差評估曲線 (error estimation curve)。可以看到，在常溫條件下，負載電流介於 3A 至 4A 時，量測誤差僅約 1%。
圖 5. RTQ6059 誤差評估曲線
3.3 桌上型電腦 (Desktops)
在桌上型電腦系統中，常需要利用電流檢測放大器來監控輸入電源。透過即時監控，系統能進一步最佳化整體效能，而 RTQ6060A 和 RTQ6060B 正適合作為電源監控元件，如圖 6 所示。其優勢在於能快速響應輸入電流變化，並即時回報給 EC (Embedded Controller)，讓 EC 依據回傳資訊進行相應的系統調整與控制。
圖 6. RTQ6060A 和 RTQ6060B 應用於桌上型電腦
圖 7 為 RTQ6060A 在 Gain=200 條件下的誤差評估曲線 (error estimation curve)。可以看到，在常溫下負載電流介於 3A 至 5A 時，量測誤差僅約 1%。
圖 7. RTQ6060A 誤差評估曲線
3.4 伺服器 (Servers)
伺服器在現代資料中心中扮演著關鍵角色，對於穩定性、效率和安全性有極高的要求。電源感測放大器在伺服器系統中具有多項重要功能。首先，必須能夠即時監測伺服器的電壓、電流和功耗，協助管理者掌握每個元件的用電狀況，避免因電源異常導致系統故障或資料損失。其次，透過精確的電源監控，能有效預防過載、過熱等問題，提升整體系統的可靠性與安全性。
此外，必須達到優化能源使用效率。隨著資料中心規模不斷擴大，能源成本成為重要考量。透過監控和分析伺服器的用電情形，管理者可以調整運作策略，降低不必要的耗能，達到節能減碳的目標。電源感測放大器可支援動態電源管理，根據伺服器負載自動調整供電，提升效能並延長硬體壽命。
最後，還需提供遠端監控和診斷功能，讓管理者即使不在現場也能即時掌握伺服器狀態，快速處理異常情況，減少維護時間和人力成本。綜合以上原因，電源檢測放大器已成為現代伺服器不可或缺的關鍵元件，對於提升資料中心的運作效率和穩定性具有重要意義。電流感測放大器 可以協助系統完成以下功能:
| 電流檢測放大器功能 |
伺服器應用說明 |
| 即時電源監控 |
監測電壓、電流和功耗，掌握伺服器各元件用電狀況，避免電源異常導致故障或資料損失。 |
| 提升系統可靠性與安全性 |
預防過載、過熱等問題，確保伺服器穩定運作。 |
| 優化能源使用效率 |
分析用電情形，調整運作策略，降低不必要耗能，達到節能減碳目標。 |
| 支援動態電源管理 |
根據負載自動調整供電，提升效能並延長硬體壽命。 |
| 遠端監控與診斷 |
提供遠端即時監控與異常診斷，減少維護時間與人力成本。 |
立錡即將推出的 RTQ6136，專為伺服器電源系統的監控需求而設計，能提供精確的電壓與電流回報。由於伺服器系統的輸入電壓約為 48V，設計時通常會依循 70% 降額 (Derating) 原則，因此在選擇電源監控產品時，必須特別注意其最大允許電壓 (AMR) 是否足夠。RTQ6136 的 AMR 高達 75V，完全符合 70% 降額設計的需求，因此非常適合伺服器電源監控應用，如圖 8 所示。
圖8. RTQ6136 應用於伺服器
圖 9 為 RTQ6136 的誤差評估曲線 (error estimation curve)。可以看到，在常溫下負載電流介於 3A 至 20A 時，量測誤差僅約 1%。
圖 9. RTQ6136 誤差評估曲線
4. 結論
本應用筆記探討電流感測技術在電子系統中的重要性與應用。選用合適的感測元件與設計方法，不僅能精準監控電流，還能提升系統的效率與安全性。電流感測廣泛應用於電源管理、故障偵測與系統監控，是不可或缺的關鍵技術。隨著電子設備持續朝高效能與小型化發展，電流感測將更顯重要。設計人員在選擇方案時，應同時考量精度、成本、可靠性與系統需求，以達到最佳效益。
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