AD620是一种低成本、高精度的仪器放大器

2020-7-15 09:38:49 5352 仪器放大器 ESD

0 　　特征　　使用方便；一个外部电阻的增益设置（增益范围1至1000）；宽电源范围（62.3 V至618 V）；比三种运算放大器设计更高的性能；提供8铅浸渍和SOIC封装；低功率，最大供电电流1.3毫安；优异的直流性能（“B级”）；最大50 mV，输入偏移电压；最大0.6 mV/8C，输入偏移漂移；最大1.0毫安，输入偏置电流；100dB最小共模抑制比（G=10）；低噪音；9 nV/√Hz，@1 kHz，输入电压噪声；0.28 mV p-p噪声（0.1 Hz至10 Hz）；优秀的交流规格；120 kHz带宽（G=100）；15ms沉淀时间至0.01%。　　应用　　磅秤；心电图和医疗器械；传感器接口；数据采集系统；工业过程控制；电池供电和便携式设备。　　　　产品描述　　AD620是一种低成本、高精度的仪器放大器，只需要一个外部电阻即可将增益设置为1至1000。此外，AD620具有8-铅SOIC和DIP比独立设计更小的包装，提供更低的功率（最大供电电流仅为1.3毫安），非常适合用于电池供电、便携式（或远程）应用。　　AD620，最高40 ppm的高精度非线性、50μV最大低偏置电压和最大0.6微伏/摄氏度，非常适合用于精密数据采集系统，如称重仪和传感器接口。低噪声、低输入偏置电流、低功耗，AD620使其非常适合医学应用作为心电图和无创血压监护仪。　　低输入偏置电流1.0毫安最大值是可能的在输入阶段使用超βeta处理。AD620由于其低输入电压噪声在1 kHz时为9 nV/√Hz，在0.1 Hz至10 Hz频带内为0.28μV p-p，0.1pa/√Hz输入电流噪声。而且，AD620非常适合用于多工应用，其稳定时间为15微秒至0.01%，而且其成本低，足以实现每个通道1英寸安培的设计。　　　　金属化照片　　尺寸单位为英寸和（mm）。　　有关最新尺寸，请与工厂联系。　　　　注意安全　　静电放电敏感装置。高达4000伏的静电电荷积聚在人体和测试设备上，可在未经检测的情况下放电。警告！　　尽管AD620具有专有的ESD保护电路，但受到高能静电放电的设备可能会出现永久性损坏。因此，适当的ESD静电敏感器件建议采取预防措施，以避免性能下降或功能丧失。　　典型特性（@+258C，VS=615V，RL=2kV，除非另有说明）　　　　操作理论　　AD620是一个单片仪表放大器的基础上修改了经典的三运放方法。绝对值微调允许用户仅使用一个电阻器精确编程增益（在G=100时为0.15%）。单片结构和激光晶片微调允许电路元件的紧密匹配和跟踪，从而确保了该电路固有的高水平性能。　　输入晶体管Q1和Q2提供高精度的单差分对双极性输入（图33），但由于超βeta处理，可提供10倍的低输入偏置电流。通过Q1-A1-R1回路和Q2-A2-R2回路的反馈保持输入设备Q1、Q2的恒定集电极电流，从而影响通过外部增益设置电阻器RG的输入电压。这将产生一个从输入到由G=（R1+R2）/RG+1给出的A1/A2输出的差分增益。单位增益减法器A3去除任何共模信号，产生参考pin电位的单端输出。　　RG的值也决定了前置放大器级的跨导。当RG减小以获得更大的增益时，跨导与输入晶体管的跨导逐渐增大。这有三个重要的优点：（a）通过提高开环增益来增加编程增益，从而减少增益相关误差。（b）增益带宽积（由C1、C2和前置放大器跨导决定）随编程增益而增加，从而优化频率响应。（c）输入电压噪声降低到9nv/√，主要由输入装置的集电极电流和基极电阻决定。　　内部增益电阻R1和R2被调整为24.7kΩ的绝对值，允许使用单个外部电阻精确编程增益。　　增益方程是：　　　　Make vs.Buy：典型的桥接应用程序错误预算与“自制”三种运算放大器IA设计相比，AD620具有更好的性能，同时具有更小的尺寸、更少的组件和10倍更低的供电电流。在典型应用中，如图34所示，需要100的增益来放大在-40°C到+85°C的工业温度范围内20 mV满标度的电桥输出。下面的误差预算表显示了如何计算各种误差源对电路精度的影响。　　无论使用何种系统，AD620都能以较低的功耗和价格提供更高的精度。在简单的系统中，绝对精度和漂移误差是迄今为止最重要的误差来源。在具有智能处理器的更复杂系统中，自增益/自零周期将消除所有绝对精度和漂移误差，只留下增益非线性和噪声的分辨率误差，从而允许完全14位精度。　　注意，对于自制电路，输入电压偏移和噪声的OP07规范乘以√。这是因为一个三运放类型的放大器在其输入端有两个运放，这两个都是造成整体输入误差的原因。　　　　　　压力测量　　尽管AD620在许多电桥应用中（如称重秤）非常有用，但它特别适用于在小尺寸和低功率变得更加重要的低电压下供电的高电阻压力传感器。　　图35显示了一个由+5 V供电的3 kΩ压力传感器电桥。在这种电路中，电桥仅消耗1.7毫安。通过添加AD620和缓冲分压器，信号只需调节3.8毫安的总电源电流。　　小尺寸和低成本使AD620特别吸引电压输出压力传感器。由于它提供低噪声和漂移，它也将服务于诊断无创血压测量等应用。　　医学心电图　　AD620的低电流噪声允许其在ECG监护仪中使用（图36），其中1 MΩ或更高的源电阻并不少见。AD620的低功耗、低电源电压要求，以及节省空间的8引线微型DIP和SOIC封装产品，使其成为电池供电数据记录器的绝佳选择。　　此外，低偏置电流和低电流噪声与AD620的低电压噪声相结合，改善了动态范围，以获得更好的性能。　　选择电容器C1的值以保持右腿驱动回路的稳定性。必须在电路中添加适当的保护措施，如隔离，以保护患者免受可能的伤害。　　　　精密V-I转换器　　AD620与另一个运算放大器和两个电阻器一起构成了一个精确的电流源（图37）。运算放大器缓冲参考端子以保持良好的CMR。AD620的输出电压VX出现在R1上，R1将其转换为电流。这个电流越小，运算放大器的输入偏置电流，然后流向负载。　　　　增益选择　　AD620的增益是由RG或更精确地说，通过管脚1和8之间出现的任何阻抗来编程的电阻。AD620设计为使用0.1%-1%电阻提供精确增益。表二显示了各种增益所需的RG值。注意，对于G=1，RG管脚是未连接的（RG=∞）。对于任意增益，可使用以下公式计算RG：　　　　为了减小增益误差，避免与RG串联的高寄生电阻；为了减小增益漂移，RG的低TC应小于10ppm/℃-以获得最佳性能。　　　　输入输出偏置电压　　AD620的低误差归因于两个源，输入和输出误差。当提到输入时，输出误差除以G。在实际应用中，高增益时输入误差占主导地位，低增益时输出误差占主导地位。给定增益的总VOS计算如下：　　Total Error Rti = input error + （output error/G）　　Total Error RTO = （input error × G） + output error 　　参考端子　　参考端电位定义零输出电压，当负载与系统其他部分不共用精确接地时，它特别有用。它提供了一种直接的方法，在电源电压允许的范围内，向输出注入精确的偏移量。寄生电阻应保持在最小值以获得最佳的CMR。　　输入保护　　AD620在其输入端具有400Ω的串联薄膜电阻，可安全承受高达±15 V或±60 mA的输入过载数小时。这对于所有增益和功率开/关都是正确的，这一点特别重要，因为信号源和放大器可以分开供电。较长时间内，电流不应超过6毫安（IIN≤VIN/400Ω）。对于电源以外的输入过载，将输入钳制到电源（使用低泄漏二极管，如FD333）将降低所需的电阻，从而产生较低的噪声。　　射频干扰　　所有的仪表放大器都能校正带外信号，当放大小信号时，这些整流电压作为小的直流偏移误差。AD620允许直接访问输入晶体管基座和发射器，使用户能够对不需要的RF信号应用一些一阶滤波（图38），其中RC《1/（2πf），其中f≥AD620的带宽；C≤150 pF。匹配插脚1和8以及插脚2和3处的外部电容有助于保持较高的CMR。　　　　共模抑制　　像AD620这样的仪表放大器提供高CMR，这是测量当两个输入改变等量时输出电压的变化。这些规范通常针对全范围输入电压变化和指定的电源不平衡给出。　　为了获得最佳的CMR，参考端子应与低阻抗点相连，并且两个输入之间的电容和电阻差应保持在最小值。在许多应用中，屏蔽电缆用于最小化噪声，为了获得最佳的CMR过频，屏蔽应适当驱动。图39和40显示了有源数据保护装置，其配置为通过“自举”输入电缆屏蔽的电容来改善交流共模抑制，从而最小化输入之间的电容失配。　　　　接地　　由于AD620的输出电压是相对于参考端子上的电位而产生的，所以它可以通过简单地将参考引脚连接到适当的“本地接地”来解决许多接地问题。　　为了将低电平模拟信号与有噪声的数字环境隔离，许多数据采集部件有单独的模拟和数字接地引脚（图41）。使用一条接地线是很方便的；但是，通过接地线的电流和电路卡的PC运行可能会导致数百毫伏的误差。因此，应提供单独的接地回路，以尽量减少从敏感点到系统接地的电流。这些接地返回必须在某个点连接在一起，通常最好在所示的ADC包处。　　　　输入偏置电流的接地回路　　输入偏置电流是放大器的输入晶体管偏置所必需的电流。这些电流必须有一个直接的返回路径；因此，当放大“浮动”输入时如图42所示，电源（如变压器或交流耦合电源）必须有从每个输入到接地的直流路径。有关放大器内部应用的更多信息，请参阅《仪表放大器应用指南》（不含模拟设备）。　　　　外形尺寸　　尺寸单位为英寸和（mm）。　　 1
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