电流感测放大器设计指南: PoE、USB PD、桌面计算机及服务器应用解析
Current Sense Application Team | AN091 September 2025
在现代电子系统中，精确的电流监控对于系统安全、效能优化以及能源管理至关重要。Current sense（电流感测）技术，透过侦测电阻 (Rshunt) 上的电压差，能实时掌握系统中的电流变化，并将信息回馈给主控单元（如 EC 或 MCU），以便进行后续的判断与控制。随着应用需求的多元化，current sense 产品也发展出模拟数字模拟型与数字型两种主要架构，各自具备不同的优势与适用场景。本篇应用笔记将针对这两种架构的特性与应用进行说明。。
1. 电流感测放大器简介
电流感测放大器(Current sense amplifiers) 的主要功能是侦测 Rshunt 上的电压差，并将其转换为模拟或数字模拟或数字讯号，提供给系统的 EC/MCU 进行判断与控制。模拟数字模拟与数字型电流感测放大器的差异在于，数字型会将
侦测到的 Rshunt 电压差透过 I2C/SMBus 等协议回报给 MCU，而模拟型则是直接输出相对应的电压讯号，由 MCU 进行电流判断。
图 1. 电流感测放大器基本架构
模拟型的优点是响应速度快，且可放大 Rshunt 的电压讯号，适合需要实时回馈或 OCP （过电流保护）功能的应用。数字型则能提供更完整的电压、电流及功率信息，并具备额外的警报 (alarm) 功能，能有效减轻 MCU 的运算负担，
特别适合有待机需求的系统。
总结来说，若系统需要实时回馈或 OCP 功能，建议选用模拟型；若系统重视待机管理或需整合更多电源监控信息，则数字型会是更合适的选择。
模拟型 vs.数字型电流感测放大器比较表
| 类型 |
优点 |
缺点 |
| 模拟型 |
- 反应速度快：模拟讯号处理延迟低，适合实时监控。
- 电路简单：设计与实现较为直接，成本通常较低。
- 高分辨率：可提供连续的电流变化信息，分辨率不受 ADC 限制。
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- 易受噪声干扰：模拟讯号容易受到外部噪声影响，需良好设计抗干扰措施。
- 后续处理需额外 ADC：若要与数字系统整合，仍需 ADC 转换。
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| 数字型 |
- 易于整合：可直接与微控制器、数字系统连接，便于数据储存与分析。
- 功能丰富：可内建多种诊断、校正、通讯协议（如 I2C、SPI 等）。
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- 反应速度较慢：受限于取样率与数字处理速度，对于极高速变化的电流不如模拟实时。
- 分辨率受限：受 ADC 位数影响，分辨率有限。
|
2. 立锜精选电流感测放大器系列
2.1 数字型电流感测放大器
数字型产品比较表
| 数字型 |
共模电压操作范围 |
最大偏移误差 |
最大增益误差 |
检测电压输入范围 |
包装 |
| RTQ6136 |
0V to 60V |
4μV |
0.1% |
可编程 |
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 是数字型高精度电流传感器，专为 48V 服务器系统设计，适合高侧或低侧测量。
RTQ6132 具有 0.3% 的最大增益误差和 40μV 的最大偏移; RTQ6134 具有 0.5% 最大增益误差和 80μV 的最大偏移; 而 RTQ6136 可提供更高精度，拥有 0.1% 的最大增益误差和 4μV 的最大偏移误差。
这些设备能够监测的总线电压范围为 0 V 至 60V，并配备数字接口，支持 I2C 和 SMBus 通讯。RTQ6134 配备 12 位 ADC，而 RTQ6132 和 RTQ6136 则拥有 16 位 ADC，能够报告电流、总线电压和系统功率。它们提供报警限值设定功能，用于过电流和欠电流事件的警示。
这些设备的供电范围为 2.5V 至 5.5V，并且具有 75V 的共模电压绝对最大额定值 (AMR)，是 48V 服务器系统的理想选择。
2.1.2 RTQ6059
RTQ6059 数字输出功率传感器具备高精度电流感测功能，支持高侧和低侧感测以及双向测量，提供 0.3% 的最大增益误差和 50μV 的最大偏移。最大的特色是具有可编程增益的电压输入范围 (PGA)，包括 ±40mV、±80mV、±160mV 和 ±320mV，能够灵活适应不同的应用需求。
设备可监测的总线电压范围为 0V 至 32V，并配备数字接口，支持 I2C 和 SMBus 通讯。内建 12 位 ADC，能够精确报告电流、总线电压和系统功率。供电范围为 3V 至 5.5V，适合多种电源系统。这款传感器提供了高精度、灵活性和可靠性，适合需要精确电流与功率监测的应用场景。
2.1.3 RTQ6053、RTQ6053B 和 RTQ6056
RTQ6053、RTQ6053B 和 RTQ6056 是数字输出功率监视器，具备高精度电流感测功能，支持高侧和低侧感测以及双向测量，最大的特色是提供多种保护功能，包括可编程警告阈值设定，以及过电流、过电压和过功率的报警功能，确保系统的安全性和稳定性。RTQ6053 和 RTQ6053B 提供 0.3% 的最大增益误差和 25μV 的最大偏移，而 RTQ6056 则具备更高精度，拥有 0.12% 的最大增益误差和 10μV 的最大偏移。这些设备能够监测的总线电压范围为 0V 至 36V。它们配备数字接口，支持 I2C 和 SMBus 通讯，并内建 16 位 ADC，能够精确报告电流、总线电压和系统功率。供电范围为 2.7V 至 5.5V，适合多种应用场景。
2.2 模拟型电流感测放大器
模拟型产品比较表
| 模拟型 |
共模电压操作范围 |
最大偏移误差 |
最大增益误差 |
电压增益 |
包装 |
| 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 是一款高精度模拟型电流感测放大器，可支持 -0.3V 至 36V 共模电压范围，以及高/低端及双向电流量测，适用于多种应用。在全温度范围内具有极低增益误差，RTQ6060A 为 ±0.4%，RTQ6060B 为 ±0.8%，并仅有 10ppm/°C 的增益漂移。输出偏移电压最低可达 ±35μV，最大仅 ±150μV，且偏移漂移仅 0.5μV/°C。产品提供六种增益选择（50V/V 至 1000V/V），静态电流消耗仅 100μA，适合高精度、低功耗的电流感测应用。
2.2.2 RTQ6050 和 RTQ6052
RTQ6050 和 RTQ6052 模拟型电流感测放大器，额外具备带隙参考源及输出锁定功能的比较器。支持 2V 至 80V 高共模电压范围，提供 20V/V (RTQ6050) 和 100V/V (RTQ6052) 增益选择。此产品内建开漏输出 (open drain output) 的比较器，以 0.6V 内部参考电压作为比较基准，并可透过外接电阻分压器设定输出跳变的电流阈值。比较器具备自锁功能，输出锁定后，只需将 
引脚接地，即可解出输出锁定。
3. 应用范例
3.1 以太网供电 (PoE, Power over Ethernet)
PoE（Power over Ethernet）是一种能够透过网络线 (Ethernet) 同时传输数据和电力，让网络设备如 IP 摄影机、无线基地台、网络电话等无需额外电源线，只要一条网络线就能运作，可大幅简化布线和安装流程，提升系统的弹性与便利性。 电流感测放大器 可以协助 PoE 完成以下几个功能:
| 电流检测放大器功能 |
PoE 应用说明 |
| 安全保护 |
PSE 需监控输出电流，避免过流造成设备损坏或线路过热，确保系统安全。 |
| 协议侦测与分类 |
PoE 协议在供电前会量测电流，判断 PD 类型与功率需求 (Class 0~8)，以提供合适电力。 |
| 功率管理 |
透过电流感测，PSE 可动态分配总功率，确保多个 PD 同时运作时不会超载。 |
| 故障侦测 |
发现异常电流（如短路、过载）时，PSE 可实时切断电源，保护设备与线路。 |
立锜 RTQ6056 可用于 PoE 输入的电源监控，如图 2 所示。由于 PoE 的输入电压范围为 37V 至 57V，而 RTQ6056 的最大操作电压仅支持到 36V，因此无法直接放在高压端。不过 RTQ6056 具备低压检测功能，因此将其配置于低压端来监控系统控制器，即可作为此应用的解决方案。
图 2. RTQ6056 应用于 PoE 系统
图 3 为 RTQ6056 误差评估曲线 (error estimation curve)。从图中可以看出，在常温条件下负载电流介于 1A 至 2A 时，量测误差仅约 1%，高精准度可针对 PoE 应用做出正确的判断。
图 3. RTQ6056 误差评估曲线
3.2 USB 电源传输 (PD, Power Delivery)
PD (Power Delivery) 是 USB-IF 制定的 USB Type-C 充电协议，可依设备需求协商电压与电流。它具备快速、安全与双向供电特性，广泛应用于手机、笔电与平板等装置，已成为现代 USB 充电的主流标准。电流感测 放大器可以协
助 PD 提供以下几个功能:
| 电流感测放大器功能 |
PD 应用说明 |
| 安全保护 |
电流感测可实时监控线路电流，防止过流，避免设备损坏或安全事故。 |
| 协议要求 |
PD 协议需精确电流感测，确保供电端输出电流不超过协商值。 |
| 效率与温度管理 |
透过电流感测优化充电效率，并根据电流调整策略，避免过热。 |
| 状态回报 |
可将电流信息回报给主控或用户，让用户了解充电状态。 |
现今的显示器多配备 USB PD 输出，可供外接键盘或其他 OTG 装置使用。为了符合 PD 规范，系统会在每一个 port 加入一个电流检测放大器，用来监控输出功率，如图 4 所示。立锜 RTQ6059 具备两个 address select pin，可设定成多达 16 个不同地址，非常适合应用于单一 EC (Embedded Controller) 需要同时管理多个 USB 接口的应用场景。此外，RTQ6059 还能依需求设定不同的电流检测范围 (40mV/80mV/160mV/320mV)，大幅提升设计弹性，是多端口 USB PD 系统的理想解决方案。
图 4. RTQ6059 应用于 USB 系统
图 5 为 RTQ6059 的误差评估曲线 (error estimation curve)。可以看到，在常温条件下，负载电流介于 3A 至 4A 时，量测误差仅约 1%。
图 5. RTQ6059 误差评估曲线
3.3 桌面计算机 (Desktops)
在桌面计算机系统中，常需要透过电流检测放大器来监控输入电源。借由实时监控输入电源，系统便能进一步优化整体效能。如图 6 所示，我们推荐使用 RTQ6060A 和 RTQ6060B 作为电源监控组件。其优势在于能快速响应输入电流
变化，并实时回报给 EC (Embedded Controller)让 EC 依据回传信息进行相应的系统调整与控制。
图 6. RTQ6060A 和 RTQ6060B 应用于桌面计算机
图 7 为 RTQ6060A 在 Gain=200 条件下的误差评估曲线 (error estimation curve)。可以看到，在常温下负载电流介于 3A 至 5A 时，量测误差仅约 1%。
图 7. RTQ6060A 误差评估曲线
3.4 服务器 (Servers)
服务器在现代数据中心中扮演着关键角色，对于稳定性、效率和安全性有极高的要求。电源感测放大器在服务器系统中具有多项重要功能。首先，必须能够实时监测服务器的电压、电流和功耗，协助管理者掌握每个组件的用电状况，避免因电源异常导致系统故障或数据损失。其次，透过精确的电源监控，能有效预防过载、过热等问题，提升整体系统的可靠性与安全性。
此外，必须达到优化能源使用效率。随着数据中心规模不断扩大，能源成本成为重要考虑。透过监控和分析服务器的用电情形，管理者可以调整运作策略，降低不必要的耗能，达到节能减碳的目标。电源感测放大器可支持动态电源管理，根据服务器负载自动调整供电，提升效能并延长硬件寿命。
最后，还需提供远程监控和诊断功能，让管理者即使不在现场也能实时掌握服务器状态，快速处理异常情况，减少维护时间和人力成本。综合以上原因，电源检测放大器已成为现代服务器不可或缺的关键组件，对于提升数据中心的运作效率和稳定性具有重要意义。电流感测放大器 可以协助系统完成以下功能:
| 电流感测放大器功能 |
服务器应用说明 |
| 实时电源监控 |
监测电压、电流和功耗，掌握服务器各组件用电状况，避免电源异常导致故障或数据损失。 |
| 提升系统可靠性与安全性 |
预防过载、过热等问题，确保服务器稳定运作。 |
| 优化能源使用效率 |
分析用电情形，调整运作策略，降低不必要耗能，达到节能减碳目标。 |
| 支持动态电源管理 |
根据负载自动调整供电，提升效能并延长硬件寿命。 |
| 远程监控与诊断 |
提供远程实时监控与异常诊断，减少维护时间与人力成本。 |
| 提升数据中心运作效率 |
综合以上功能，提升数据中心整体运作效率与稳定性。 |
立锜推出的 RTQ6136 专为服务器电源系统的监控需求而设计，能提供精确的电压与电流回报。由于服务器系统的输入电压约为 48V，设计时通常会依循 70% 降额 (Derating) 原则，因此在选择电源监控产品时，必须特别注意其最大允许电压 (AMR) 是否足够。RTQ6136 的 AMR 高达 75V，完全符合 70% 降额设计的需求，因此非常适合服务器电源监控应用，如图 8 所示。
图8. RTQ6136 应用于服务器
图 9 为 RTQ6136 的误差评估曲线 (error estimation curve)。可以看到，在常温下负载电流介于 3A 至 20A 时，量测误差仅约 1%。
图 9. RTQ6136 误差评估曲线
4. 结论
本应用笔记探讨电流感测技术在电子系统中的重要性与应用。选用合适的感测组件与设计方法，不仅能精准监控电流，还能提升系统的效率与安全性。电流感测广泛应用于电源管理、故障侦测与系统监控，是不可或缺的关键技术。随着电子设备持续朝高效能与小型化发展，电流感测将更显重要。设计人员在选择方案时，应同时考虑精度、成本、可靠性与系统需求，以达到最佳效益。
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