仪表放大器MCP6N11入门及应用案例分析

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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。

李小路

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