低功耗仪表放大器的应用(AD620)

1、-32-199810期1998年10月新特器件应用仪表放大器及其应用(六)低功耗仪表放大器的应用南京航空航天大学纪宗南电源电压:±15V;电源电流:0.9mA;短路电流:±18mA;转换速率:1.5V/s;工作温度(C级):-4085。2.2.2极限值电源电压:±18.0V;存贮温度(C级):-65150;内部功耗:650mW;共模输入电压:±VS;差模输入电压:±25V;输出短路持续时间:无限制。2.3引脚图AD620引脚图如图1所示。1.概述AD620是一种低功耗、高精度仪表放大器,它只需要一个外接电阻,即可设置各种增益(11000)。AD

2、620与分离元件组成的仪表放大器(三运放结构)相比较具有体积小、功耗低、精度高等优点。AD620已在精密数据采集系统(如衡量器和传感器接口)获得广泛应用。也成为医疗仪器(如心电图和非侵入血压测量计)的首选器件。2.主要特点和技术参数2.1主要特点功耗低:1.3mA(max);-6精度高:40×10(max);电源电压范围宽:±2.3±18V;性能优于三运放结构的仪表放大器;优良的直流特性;输入失调电压低:125V(max);输入失调电压漂移小:1V/(max);输入偏置电流低:2.0nA(max);共模抑制比高:93dB(min;G=10);噪声电压低:0.28V

3、P-P(0.110Hz);频带宽:120kHz(G=100);建立时间短(达到0.01%时)15s;优良的交流特性;使用极为方便;8引脚DIP和SOIC封装结构。2.2技术参数2.2.1推荐值3.工作原理AD620内部功能框图如图2所示。从图中可以看出,它是根据三运放改进的一种单片仪表放大器。由于采用绝对值调整技术,所以只须用一只电阻即可精确地设置增益(当G=100时,增益精度达0.15%)。单片结构形式和激光晶片修整技术允许电路元件紧密匹配和统调,从而保证了该芯片具有良好的电气性能。为了达到高精度的目的,输入三极管Q1图1AD620的引脚图© 1995-2004 Tsinghua

4、Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.仪表放大器及其应用(六)低功耗仪表放大器的应用表1增益电阻与对应增益关系RG1%标称值-33-RGGG(计算增益)1%标称值(计算增益)图2AD620内部功能框图和Q2将提供一个差分对双极性输入,并使用超工艺技术来获得极低的输入偏置电流。通过Q1-A1-R1环路和Q2-A2-R2环路反馈,使输入器件Q1和Q2的集电极电流为恒定值,并使输入电压加到外接增益设置电阻RG上,此时差分增益为:G=+1RGRG=G-1(1)各种增益所需的电阻RG值如表1所列。4.2输入保护为了提高仪表放大器AD620

5、输入过载能力,两个输入端应分别串联一只400的薄膜电阻,这样就可以安全承受长达几小时的输入高达±15V或±6mA的过载。这种保护功能对于所有增益均有效,当信号源和放大器分别供电时更为重要。对于较长时间过载时,电流不应超过6mA)。(IINVIN/400当输入电压过载,并超过电源电压时,应利用漏电流小的二极管(FD333),把输入电压箝位到电源电压,这样既能减少电阻,又能降低噪声,进一步提高电路的性能。4.3接地由于AD620的输出电压与参考端电位有关,所以简单连接参考端至适当的局部接地点,就能解决许多接地问题。许多仪表和数据采集系统都有独立的模拟地和数字地。模拟地还可能有两

6、个或多个接地点,而它们又不能接到同一点,通常这一点称为模拟电源地。此外,数字地和模拟地可以连在一起,尔后再连到模/数转换器的模拟地上。要使芯片达到良好性能,必须遵循上述接地原则,实际接地线路如图3所示。4.4自制与购买仪表放大器比较本电路主要优点:当设置增益增加时,开路增益也增加,从而降低了增益误差;增益带宽乘积(由C1、C2和前置放大器跨导决定)随设置增益增加,因此优化了频率响应;输入电压噪声较低,一般为9nV/。4.使用中的几个问题为了正确使用,发挥其固有性能,使用中应注意以下主要问题。4.1增益选择根据实际需要,通过RG来选择AD620的增益。为了给AD620提供精确增益,应该使用精度为

7、0.11%、温度系数小于10ppm/的电阻RG。当G=1时,RG不连接(即),其他增益可用下式计算:RG=© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.-34-199810期1998年10月实际应用仪表放大器时,可以购买单片仪表放大器,也可以用分离元件组成三运放仪表放大器,实际电路如图4所示。AD620和自制放大器的误差如表2所列。5.1压力测量尽管AD620在许多桥路中得到广泛应用,但体积小和功耗低的优点,使其更适用于低电压供电的高阻抗压力传感器。由仪表放大器AD620组成的压力检测

8、电路如图5所示。图中5.实际应用电路由于AD620具有功耗低、精度高、价格便宜、外围元件少、使用方便等特点,所以在称重、传感器接口、数据采集系统、工业过程控制、电池供电的便携式设备、心电图和医疗仪器等领域中获得广泛应用。桥路是一种单电源供电(+5V)、3k的压力传感器,它的耗电很小,仅为1.7mA。此外,AD620和一缓冲分压器完成信号调节,它们的耗电为3.7mA。图中增益电阻RG的大小能改变AD620B图3接地线路图4自制仪表放大器表2AD620与自制电路的误差(G=100,VS=±15V,所有误差均指最小或最大,并且折合到输入端)误差源绝对精度T=25输入失调电压,V输出失调电压

9、,V输入失调电流,nACMR,dB漂移到85增益漂移,ppm/输入失调电压漂移,V/输出失调电压漂移,V/分辨率增益线性误差,FS,ppm0.110Hz,电压噪声典型值,VP-AD620电路计算自制电路计算ppmAD620自制625050018755836003000450705040145414662106071505315797600106071501137540276727221V/20mV125V/100/20mV1000/20mV2nA×350110dB 3.16ppm,×5V/20mV(150V)/20mVV×(1502)/100/20mV(6nA&#

10、215;)/20mV350总绝对误差100ppm/跟踪×60(2.5V/×)/20mV60(2.5V/×2×)/100/20mV60总漂移误差40ppm()/20mV总分辨率误差合计总误差(50ppm+10ppm)×60V/×160/20mVV/×6015/100/20mVP40ppmVP-P/20mV0.28© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.仪表放大器及其应用(六)低功耗仪表放大器的应用时,增益为100;RG=的增益,当RG=400时,G=991.0。其他RG和对应的增益49.9可通过公式(1)计算或从表1查得。5.2医用心电图由于AD620具有电流噪声低和漂移低的特点,所以它特别适用于非侵入式血压测量和心电图监视仪。心电图监视仪实际线路如图6所示。图中的源电阻通常1M,另外,AD620具有极低的偏置电流、电流噪声和电压噪声,因而大大改进了电路的动态范围,使系统具有较好的性能。-35-图中电容C1的数值选取以保证右腿环路稳定为原则。另外,还要采取适当安全防护措