儀表放大器MCP6N11入門及應(yīng)用案例分析

MCP6N11儀表放大器(INA)具有使能/VOS校準(zhǔn)引腳(EN/CAL)和幾個(gè)最小增益選項(xiàng)。它針對(duì)單電源操作進(jìn)行了優(yōu)化，支持軌到軌輸入(無共模交越失真)和輸出性能。兩個(gè)外部電阻可用于設(shè)置增益，從而最大程度降低增益誤差和溫度漂移。參考電壓(VREF)可以對(duì)輸出電壓(VOUT)電平移位。供電電壓范圍(1.8V至5.5V)足夠低，可以支持許多便攜式應(yīng)用。所有器件在-40°C至+125°C的溫度范圍內(nèi)完全滿足電氣規(guī)范。這些器件具有5個(gè)最小增益選項(xiàng)(1、2、5、10或100 V/V)。這使用戶可以針對(duì)不同應(yīng)用來優(yōu)化輸入失調(diào)電壓和輸入噪聲。

特性

軌到軌輸入和輸出

可通過2個(gè)外部電阻設(shè)置增益

最小增益(GMIN)選項(xiàng)：1、2、5、10或100 V/V

共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio，CMRR)：115 dB(典型值，GMIN = 100)

電源抑制比(Power Supply Rejection Ratio，PSRR)：112 dB(典型值，GMIN = 100)

帶寬：500 kHz(典型值，增益= GMIN)

供電電流：800ìA/通道(典型值)

單通道

使能/VOS校準(zhǔn)引腳：(EN/CAL)

電源：1.8V至5.5V

擴(kuò)展級(jí)溫度范圍：-40°C至+125°C

典型應(yīng)用

高端電流傳感器

惠斯通電橋傳感器

帶電平移位功能的差分放大器

電源控制環(huán)路

設(shè)計(jì)輔助工具

Microchip高級(jí)器件選型器(MAPS)

演示板

應(yīng)用筆記

引腳分配圖

1模擬信號(hào)輸入

同相和反相輸入(VIP和VIM)是低偏置電流的高阻抗CMOS輸入。

2模擬反饋輸入

模擬反饋輸入(VFG)是第二個(gè)輸入級(jí)的反相輸入。外部反饋元件(RF和RG)連接到該引腳。它是帶低偏置電流的高阻抗CMOS輸入。

3模擬參考輸入

模擬參考輸入(VREF)是第二個(gè)輸入級(jí)的同相輸入;它可以將VOUT移位到其所需范圍。外部增益電阻(RG)連接到該引腳。它是帶低偏置電流的高阻抗CMOS輸入。

4模擬輸出

模擬輸出(VOUT)是低阻抗電壓輸出。它代表差分輸入電壓(VDM= VIP– VIM)，使用增益GDM并通過VREF進(jìn)行移位。外部反饋電阻(RF)連接到該引腳。

5電源引腳

正電源(VDD)電壓比負(fù)電源(VSS)電壓高1.8V至5.5V.正常工作時(shí)，其他引腳的電壓介于VSS和VDD之間。通常，這些器件使用單(正)電源配置。這種情況下，VSS接地，VDD與電源連接，VDD需要連接旁路電容。

6數(shù)字使能和VOS校準(zhǔn)輸入

該輸入(EN/CAL)是CMOS施密特觸發(fā)輸入，用于控制工作、低功耗和VOS校準(zhǔn)工作模式。當(dāng)該引腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，器件將置為低功耗模式，輸出為高阻態(tài)。當(dāng)該引腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，放大器的輸入失調(diào)電壓將通過校準(zhǔn)電路進(jìn)行修正，然后輸出重新連接到VOUT引腳(它會(huì)變?yōu)榈妥钁B(tài))，并且器件將恢復(fù)正常工作。

7裸露的散熱焊盤(EP)

裸露的散熱焊盤(EP)和VSS引腳之間存在內(nèi)部連接;在印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)上，必須將它們連接至同一電位。可以將該散熱焊盤與PCB地平面連接，使散熱更加充分。這可以改善封裝熱阻(èJA)。

儀表放大器MCP6N11應(yīng)用案例分析

MCP6N11儀表放大器(INA)采用Microchip最先進(jìn)的CMOS工藝制造。它具有低成本、低功耗和高速等特性，使其成為電池供電應(yīng)用的理想選擇。

典型情況下的時(shí)序圖：

基本性能標(biāo)準(zhǔn)電路

圖1顯示了這些INA的標(biāo)準(zhǔn)電路配置。當(dāng)輸入和輸出處于其規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，輸出電壓約為：圖一為了正常工作，請(qǐng)保持：

1. VIP、VIM、VREF和VFG介于VIVL和VIVH之間

2. VIP– VIM(即，VDM)介于VDML和VDMH之間

3. VOUT介于VOL和VOH之間輸入失調(diào)電壓(VOS)通過電壓VTR進(jìn)行修正。

每次發(fā)生VOS校準(zhǔn)事件時(shí)，VTR都會(huì)更新為最佳值(當(dāng)時(shí))。這些事件通過上電(通過POR進(jìn)行監(jiān)視)或通過將EN/CAL引腳翻轉(zhuǎn)為高電平進(jìn)行觸發(fā)。GM3(I3)的電流輸出是恒定的，并且極小(在以下討論中將假定為0)。輸入信號(hào)施加到GM1.

圖1顯示了這些INA的標(biāo)準(zhǔn)電路配置。當(dāng)輸入和輸出處于其規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，輸出電壓約為：

圖1

架構(gòu)

圖2給出了這些INA的框圖。

圖2

輸入失調(diào)電壓(VOS)通過電壓VTR進(jìn)行修正。每次發(fā)生VOS校準(zhǔn)事件時(shí)，VTR都會(huì)更新為最佳值(當(dāng)時(shí))。這些事件通過上電(通過POR進(jìn)行監(jiān)視)或通過將EN/CAL引腳翻轉(zhuǎn)為高電平進(jìn)行觸發(fā)。GM3(I3)的電流輸出是恒定的，并且極小(在以下討論中將假定為0)。輸入信號(hào)施加到GM1.公式4-2顯示了輸入電壓(VIP和VIM)以及共模和差分電壓(VCM和VDM)之間的關(guān)系。

應(yīng)用技巧最小穩(wěn)定增益

對(duì)于不同的最小穩(wěn)定增益(1、2、5、10和100 V/V;請(qǐng)參見表1-1)，提供了不同的選項(xiàng)。為了保持穩(wěn)定，差分增益(GDM)需要大于等于GMIN.挑選器件時(shí)，GMIN較高的器件具有輸入噪聲電壓密度(eni)較低、輸入失調(diào)電壓(VOS)較低和增益帶寬積(Gain Bandwidth Product，GBWP)較高的優(yōu)點(diǎn);請(qǐng)參見表1.GMIN較高時(shí)，差分輸入電壓范圍(VDMR)較低;但在GDM≥2時(shí)，輸出電壓范圍總是會(huì)限制VDMR.

容性負(fù)載

驅(qū)動(dòng)大容性負(fù)載會(huì)使放大器產(chǎn)生穩(wěn)定性問題。當(dāng)負(fù)載電容增大時(shí)，反饋環(huán)路的相位裕度會(huì)減小，閉環(huán)帶寬也會(huì)變窄。這會(huì)使頻率響應(yīng)產(chǎn)生增益尖峰，并使階躍響應(yīng)中產(chǎn)生過沖和振鈴。增益(GDM)較低時(shí)，對(duì)容性負(fù)載會(huì)更為敏感。使用這些儀表放大器驅(qū)動(dòng)大容性負(fù)載(例如，》100 pF)時(shí)，在輸出端上串聯(lián)一個(gè)小電阻(圖4-8中的RISO)，可使輸出負(fù)載在較高頻率時(shí)呈阻性，從而改善反饋環(huán)路的相位裕度(穩(wěn)定性)。然而，其帶寬通常會(huì)低于無容性負(fù)載時(shí)的帶寬。