我计划在 STM32 Bluepill 上实现电流检测功能，以使用 LM358 单电源运算放大器和 0.01 欧姆分流器测量太阳能电池板的电流输出（150 mA 短路电流，14 V 开路电压）。然而，无论我尝试什么，我总是得到一个不准确的输出值（比预期的要大，比正轨低 0.7 V）。
这使我得出结论，该问题可能是由运算放大器和测量回路的接地电压之间的差异引起的（下图）。这让我怀疑是否甚至可以使用差分放大器测量如此低电阻分流器上的电流，或者是否有其他原因导致我的电路无法预测。
重要的是要注意，我使用的面包板引脚之间的电阻是 0.07 欧姆，这可能是这里的罪魁祸首；此外，在测量运算放大器输入引脚上相对于运算放大器接地（引脚本身）的电压时，我注意到它们的值与相对于我的电源接地的值不同，并且输出似乎对应于它们的值，而不是我打算放大的值。换句话说，放大器的增益似乎没有问题，或者至少据我所知。
我很想得到一些澄清，以便决定是否购买仪表放大器。
注意：我还看到人们在此配置中将陶瓷电容器放置在正输入和地之间以及输出和地之间。我想既然问题可能与噪音有关，那么它可能会解决这个问题，但事实并非如此。
如果您注意接地发生的电压降，则不必使用差分放大器。如果您将 500 欧姆电阻器的底端返回到与检测电阻器的接地端相同的点，则应该避免大多数错误。
然而，解决此类问题的首要任务之一是确保来自检测电阻器的电压与放大器的灵敏度完美匹配。
使用 10 m Ohm 检测电阻和 150mA 最大电流时，检测电压仅为 1.5mV。然而，LM358 的失调电压在 +/-3mV 范围内。将您尝试感应的电压加倍。该电路将无法准确测量电流。
为什么选择带有 12V 面板的 10mOhm 检测电阻器，您可以承受更高的负担？1 欧姆将是一个更合适的值。与面板的 12V 相比，这将使 150mV 的最大感应电压非常小。要获得 3V 信号，只需要 20 倍的增益。放大器失调电压只会贡献大约 2% 的误差。
您还应该使用更好的放大器 - 低成本的放大器可以具有小于 1mV 的偏移。此外，LM358 的 3.3V 操作特性也不好。由于其输出只能在正轨的约 1.4V 范围内（取决于负载），因此输出电压将被限制在 ~1.9V 或更低。当使用 3.3V 电源运行时，轨到轨输出运算放大器要好得多。
太阳能电池板很方便，因为两个端子都是浮动的（即不接地），放大器可以在反相模式下运行，检测电阻连接到电池板的负端 - 它仍然会提供正向输出，并且为面板提供了为为电路供电的电池充电的选项。我在可以测量电池充电电流的小型太阳能仪器上使用了这种方法。
我还可以将正极端子短接到地，以便定期测量短路以确定太阳强度。
下面是一个示例，展示了如何在为可为放大器和其他电路供电的电池充电时测量充电电流。如果运算放大器的非反相输入连接到靠近检测电阻的地，则任何地偏移都会衰减 20 倍，因为它相对于 3 伏信号。
您有一个增益约为 +2000 的放大器，在室温下偏移电压高达 +/-3mV。它通常可能是 +/-2mV（onsemi 数据表）。由于无负载和 3.3V 电源的输出摆幅从 mV 到可能高达 2V，因此零电流输出可能是该范围内的任何值。你的整个满量程输入信号只有 1.5mV，所以 15uV 代表 1% 的误差。那是很小的电压。
您不需要仪表放大器（尽管它会使它更容易并允许设计更草率），但您应该得到一个失调电压非常低的放大器，并且可能包含负轨的轨到轨输出和输入。
R2 上的“接地”也非常关键——它必须直接返回到检测电阻，理想情况下它会作为差分放大器稍微分开，但在考虑容差时，这里是可选的。
首先，如果您正在测量连接到电线的检测电阻器，那么可能会有接地偏移。您将需要差分测量来处理它。
您展示的运算放大器电路配置为单端测量。需要为差分测量进行设置，以解决由导线电阻引起的接地偏移。您还需要为电流测量和电源返回（开尔文连接）使用单独的电线。如果您让大量电流在感应线中流动，则会由于线电阻而产生测量误差。
此外，使用大检测电阻器将提供更准确的测量。对于仅运行 150mA 的 12V 电路来说，即使是 1 欧姆那么大也是合理的。
有多种选择可以进行准确测量。
实际上，您需要比您正在使用的东西更好的东西。tl, dr：您需要更好的运算放大器和更好的设计。我们稍后会谈到这一点。
另一方面，您不需要仪表放大器，它是由 3 个运算放大器（2 个跟随器和一个差分）组成的特定设置，用于放大高阻抗信号。使用低欧姆分流器的电流感测并非如此。
首先，让我们谈谈现在出了什么问题。
我理解在低端使用低价值感的愿望。您正试图消除 Bluepill 的地面偏移。您还希望将 LM358 的输入范围限制在其电源轨（并且至少低于 + 轨 1.5V）。这是一种常见的方法，如果要求的增益不大，您可以使用普通的运算放大器. LM324/358 非常适合，只要您了解它的限制。
但是这里有一点 XY 问题。您选择的运算放大器质量、单端拓扑、低值感测电阻器以及您从该运算放大器要求的巨大增益 (Av=2000) 都对您不利，让您的生活比它更艰难需要是。LM358 的输入偏移正在杀死你，淹没了你试图使用的微小检测电压。这是一种旧的、便宜的设备，并不适合精密测量。
让我们重新构建方法。所以，五件事：
您可以通过具有“超越”能力的运算放大器来完成所有这些工作，并构建一个经典的差分检测电路。Maxim 和 Analog 制造了几种运算放大器，它们可以适应高于运算放大器 V+ 电压轨的共模，例如LT6015。
但是......有专门为电流感应设计的优秀专业放大器：低偏移，可用于低侧和高侧，并且都支持“顶部”共模。
我在 +12V 高压侧使用了LT6105 ，效果很好。LT6105 具有电流源输出，因此只需改变负载电阻器就可以很容易地将电压范围调整到 ADC 所需的任何值。在您的系统中，它可以由 Bluepill 的电源、您的电压输入或任何为您提供足够电压合规范围的方便电源供电。
MAX4173标榜为“低成本”，采用 SOT23-6 封装，非常小，比您现在考虑的 LM358 还要小。电源也一样，它不会在意，因为它也“过顶”。
还有其他的，但你明白了。这是一种流行的设备类型。
