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[待整理] 仪表放大器MCP6N11入门及应用案例分析

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发表于 2015-4-28 17:49:19 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
MCP6N11仪表放大器(INA)具有使能/VOS校准引脚(EN/CAL)和几个最小增益选项。它针对单电源操作进行了优化,支持轨到轨输入(无共模交越失真)和输出性能。两个外部电阻可用于设置增益,从而最大程度降低增益误差和温度漂移。参考电压(VREF)可以对输出电压(VOUT)电平移位。供电电压范围(1.8V至5.5V)足够低,可以支持许多便携式应用。所有器件在-40°C至+125°C的温度范围内完全满足电气规范。这些器件具有5个最小增益选项(1、2、5、10或100 V/V)。这使用户可以针对不同应用来优化输入失调电压和输入噪声。
       
        特性
       
        轨到轨输入和输出
       
        可通过2个外部电阻设置增益
       
        最小增益(GMIN)选项: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)
       
        电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio,PSRR):112 dB(典型值,GMIN = 100)
       
        带宽:500 kHz(典型值,增益= GMIN)
       
        供电电流:800ìA/通道(典型值)
       
        单通道
       
        使能/VOS校准引脚:(EN/CAL)
       
        电源:1.8V至5.5V
       
        扩展级温度范围:-40°C至+125°C
       
        典型应用
       
        高端电流传感器
       
        惠斯通电桥传感器
       
        带电平移位功能的差分放大器
       
        电源控制环路
       
        设计辅助工具
       
        Microchip高级器件选型器(MAPS)
       
        演示板
       
        应用笔记
           
         
         
        引脚分配图
           
         
       
        1模拟信号输入
       
        同相和反相输入(VIP和VIM)是低偏置电流的高阻抗CMOS输入。
       
        2模拟反馈输入
       
        模拟反馈输入(VFG)是第二个输入级的反相输入。外部反馈元件(RF和RG)连接到该引脚。它是带低偏置电流的高阻抗CMOS输入。
       
        3模拟参考输入
       
        模拟参考输入(VREF)是第二个输入级的同相输入;它可以将VOUT移位到其所需范围。外部增益电阻(RG)连接到该引脚。它是带低偏置电流的高阻抗CMOS输入。
       
        4模拟输出
       
        模拟输出(VOUT)是低阻抗电压输出。它代表差分输入电压(VDM= VIP– VIM),使用增益GDM并通过VREF进行移位。外部反馈电阻(RF)连接到该引脚。
       
        5电源引脚
       
        正电源(VDD)电压比负电源(VSS)电压高1.8V至5.5V.正常工作时,其他引脚的电压介于VSS和VDD之间。通常,这些器件使用单(正)电源配置。这种情况下,VSS接地,VDD与电源连接,VDD需要连接旁路电容。
       
        6数字使能和VOS校准输入
       
        该输入(EN/CAL)是CMOS施密特触发输入,用于控制工作、低功耗和VOS校准工作模式。当该引脚变为低电平时,器件将置为低功耗模式,输出为高阻态。当该引脚变为高电平时,放大器的输入失调电压将通过校准电路进行修正,然后输出重新连接到VOUT引脚(它会变为低阻态),并且器件将恢复正常工作。
       
        7裸露的散热焊盘(EP)
       
        裸露的散热焊盘(EP)和VSS引脚之间存在内部连接;在印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)上,必须将它们连接至同一电位。可以将该散热焊盘与PCB地平面连接,使散热更加充分。这可以改善封装热阻(èJA)。
        仪表放大器MCP6N11应用案例分析
       
        MCP6N11仪表放大器(INA)采用Microchip最先进的CMOS工艺制造。它具有低成本、低功耗和高速等特性,使其成为电池供电应用的理想选择。
       
        典型情况下的时序图:
         
         
         
       
        基本性能标准电路
       
        图1显示了这些INA的标准电路配置。当输入和输出处于其规定范围内时,输出电压约为:图一为了正常工作,请保持:
       
        1. VIP、VIM、VREF和VFG介于VIVL和VIVH之间
       
        2. VIP– VIM(即,VDM)介于VDML和VDMH之间
       
        3. VOUT介于VOL和VOH之间输入失调电压(VOS)通过电压VTR进行修正。
       
        每次发生VOS校准事件时,VTR都会更新为最佳值(当时)。这些事件通过上电(通过POR进行监视)或通过将EN/CAL引脚翻转为高电平进行触发。GM3(I3)的电流输出是恒定的,并且极小(在以下讨论中将假定为0)。输入信号施加到GM1.
       
        图1显示了这些INA的标准电路配置。当输入和输出处于其规定范围内时,输出电压约为:
           
         
         
       
        图1
       
        架构
       
        图2给出了这些INA的框图。
         
       
        图2
       
        输入失调电压(VOS)通过电压VTR进行修正。每次发生VOS校准事件时,VTR都会更新为最佳值(当时)。这些事件通过上电(通过POR进行监视)或通过将EN/CAL引脚翻转为高电平进行触发。GM3(I3)的电流输出是恒定的,并且极小(在以下讨论中将假定为0)。输入信号施加到GM1.公式4-2显示了输入电压(VIP和VIM)以及共模和差分电压(VCM和VDM)之间的关系。
           
         
       
        应用技巧最小稳定增益
       
        对于不同的最小稳定增益(1、2、5、10和100 V/V;请参见表1-1),提供了不同的选项。为了保持稳定,差分增益(GDM)需要大于等于GMIN.挑选器件时,GMIN较高的器件具有输入噪声电压密度(eni)较低、输入失调电压(VOS)较低和增益带宽积(Gain Bandwidth Product,GBWP)较高的优点;请参见表1.GMIN较高时,差分输入电压范围(VDMR)较低;但在GDM≥2时,输出电压范围总是会限制VDMR.
       
        容性负载
       
        驱动大容性负载会使放大器产生稳定性问题。当负载电容增大时,反馈环路的相位裕度会减小,闭环带宽也会变窄。这会使频率响应产生增益尖峰,并使阶跃响应中产生过冲和振铃。增益(GDM)较低时,对容性负载会更为敏感。使用这些仪表放大器驱动大容性负载(例如,》100 pF)时,在输出端上串联一个小电阻(图4-8中的RISO),可使输出负载在较高频率时呈阻性,从而改善反馈环路的相位裕度(稳定性)。然而,其带宽通常会低于无容性负载时的带宽。
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