一、AD62?0簡介

　　AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個(gè)外部電阻來設(shè)置增益，增益范圍為1至10，000。此外，AD620采用8引腳SOIC和DIP封裝，尺寸小于分立電路設(shè)計(jì)，并且功耗更低（最大工作電流僅1.3mA），因而非常適合電池供電及便攜式（或遠(yuǎn)程）應(yīng)用。

　　AD620具有高精度（最大非線性度40ppm）、低失調(diào)電壓（最大50HV）和低失調(diào)漂移（最大0.6HV/。C）特性，是電子秤和傳感器接口等精密數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的理想之選。此外，AD620還具有低噪聲、低輸入偏置電流和低功耗特性，使之非常適合ECG和無創(chuàng)血壓監(jiān)測儀等醫(yī)療應(yīng)用。

　　由于其輸入級(jí)采用Super［3eta處理，因此可以實(shí)現(xiàn)最大1.0nA的低輸入偏置電流。AD620在1kHz時(shí)具有9nVA/Hz的低輸入電壓噪聲，在0.1Hz至10Hz帶寬上的噪聲為0.28HV峰峰值，輸入電流噪聲為O.lpAA/Hz，因而作為前置放大器使用效果很好。AD620還非常適合多路復(fù)用應(yīng)用，其0.01%建立時(shí)間為15us，而且成本很低，足以實(shí)現(xiàn)每通道一個(gè)儀表放大器的設(shè)計(jì)。

　　二、電氣特性及參數(shù)

　　2.1特性：

　　1）易于使用

　　增益通過一個(gè)外部電阻設(shè)置

　　（增益范圍：1至10，000）

　　寬電源電壓范圍（±2.3V至+18V）

　　性能高于3運(yùn)放分立儀表放大器設(shè)計(jì)

　　采用8引腳DIP和SOIC封裝

　　低功耗，最大工作電流1.3mA

　　2）出色的直流性能（B級(jí)）

　　輸入失調(diào)電壓：50VV（最大值）

　　輸入失調(diào)漂移：0.6yV/。C（最大值）

　　輸入偏置電流：1.0nA（最大值）

　　共模抑制比：100dB（最小值，G=10）

　　3）低噪聲

　　輸入電壓噪聲：9nV/yHz（1kHz）

　　0.28yV峰峰值噪聲（O.lHz至10Hz）

　　4）出色的交流特性

　　帶寬：120kHz（G=100）

　　0.01%建立時(shí)間：15¨s

　　2.2參數(shù)：

　　1）推薦值

　　電源電壓：±15V;

　　電源電流：0.9mA;

　　短路電流：±18mA;

　　轉(zhuǎn)換速率：1.5V/μs;

　　工作溫度（C級(jí)）：-40～85℃。

　　2）極限值

　　電源電壓：±18.0V;

　　存貯溫度（C級(jí)）：-65～150℃;

　　內(nèi)部功耗：650mW;

　　共模輸入電壓：±VS;

　　差模輸入電壓：±25V;

　　輸出短路持續(xù)時(shí)間：無限制。

　　2.3絕對最大額定值

　　三、引腳圖

　　AD620引腳圖如圖所示

　　四、工作原理

　　AD620是一款單芯片儀表放大器，采用經(jīng)典的三運(yùn)放改進(jìn)設(shè)計(jì)。通過調(diào)整片內(nèi)電阻的絕對值，用戶只需一個(gè)電阻便可實(shí)現(xiàn)對增益的精確編程（G=100時(shí)精度可達(dá)0.15%）。單芯片結(jié)構(gòu)和激光晶圓調(diào)整允許對電路元件進(jìn)行嚴(yán)格匹配與跟蹤，從而可確保此電路本身具有的高性能特性

　　輸入晶體管Ql和Q2提供一路高精度差分對雙極性輸入（圖38），同時(shí)由于采用Super6eta處理，因此輸入偏置電流減小10倍。反饋環(huán)路Ql-Al-Rl和Q2-A2-R2使輸入器件Ql和Q2的集電極電流保持恒定，從而可將輸入電壓作用于外部增益設(shè)置電阻Re上。這樣就產(chǎn)生了從輸入至Al/A2輸出的差分增益，其計(jì)算公式為G=（R1+R2）/Re+1。單位增益減法器A3用來消除任何共模信號(hào)，以獲得折合到REF引腳電位

　　的單端輸出。Re值還可決定前置放大器級(jí)的跨導(dǎo)。當(dāng)減小Re以獲得更大增益時(shí)，該跨導(dǎo)將漸近增大輸入晶體管的跨導(dǎo)。這會(huì)帶來三大好處：（a）開環(huán)增益提升以提供更大的編程增益，從而減小與增益相關(guān)的誤差；（b）增益帶寬積（由Cl、C2和前置放大器跨導(dǎo)決定）隨著編程增益提高增大，從而優(yōu)化頻率響應(yīng)；（c）輸入電壓噪聲降至9nVA/Hz，它主要由輸入器件的集電極電流和基極電阻決定。內(nèi)部增益電阻Rl和R2已調(diào)整至絕對值24.7kQ，因此利用一個(gè)外部電阻便可實(shí)現(xiàn)對增益的精確編程。

　　增益公式為：

　　增益選擇

　　AD620的增益通過電阻Re進(jìn)行編程，或者更精確地說，通過引腳1與引腳8之間存在的任何阻抗進(jìn)行編程。AD620旨在用0.1%至1%電阻提供精確的增益。表4列出了各種增益所要求的Re值。注意，對于G=l，Re引腳不連接（RG=。。）。對于任意增益，可用下式計(jì)算RG：

　　為使增益誤差最小，應(yīng)避免產(chǎn)生與Re串聯(lián)的高寄生電阻；為使增益漂移最小，Re應(yīng)具有低溫度系數(shù)TC（小于10ppm/。C）才能獲得最佳性能。

　　輸入與輸出失調(diào)電壓

　　AD620的低誤差可以歸結(jié)于兩個(gè)來源：輸入誤差與輸出誤差。輸出誤差折合到輸入端時(shí)需除以G。實(shí)際上，高增益時(shí)以輸入誤差為主，低增益時(shí)以輸出誤差為主。給定增益的總VOs計(jì)算如下：

　　折合到輸入端（RTI）總誤差=輸入誤差+（輸出誤差/G）

　　折合到輸出端（RTO）總誤差=（輸入誤差xG）+輸出誤差

　　基準(zhǔn)引腳

　　基準(zhǔn)馴腳電位定義零輸出電壓。而且當(dāng)負(fù)載不與系統(tǒng)其余部分共享精確地電位時(shí)，基準(zhǔn)引腳電位就特別有用：一種向輸出提供精確偏移電壓的直接途徑，容許范圍為電源電壓以內(nèi)2V。為了獲得最佳的共模抑制（CMR），應(yīng)使寄生電阻保持最小。

　　輸入保護(hù)

　　AD620的輸入端配有400Q串聯(lián)薄膜電阻，可以安全可靠地承受最高+15V或+60mA的輸入過載數(shù)小時(shí)。此特性適用于所有增益及上電、斷電過程，在信號(hào)源與放大器采用不同電源分別供電時(shí)尤其重要。對于更長的時(shí)間，電流不應(yīng)超過6mA（IIN≤VIN/400Q）。對于超出電源的輸入過載，將輸入鉗位至電源（用FD333之類低泄漏二極管）可以降低所要求的電阻值，從而獲得較低的噪聲。

　　射頻（RF）干擾

　　所有儀表放大器都會(huì)對帶外小信號(hào)進(jìn)行整流。這種干擾可能會(huì)表現(xiàn)為較小的直流電壓失調(diào)。高頻信號(hào)可以通過儀表放大器輸入端的低通R-C網(wǎng)絡(luò)濾除。圖43說明了這種配置。濾波器根據(jù)以下關(guān)系式對輸入信號(hào)加以限制：

　　其中CD>10CC。CD影響差動(dòng)信號(hào)。Ce影響共模信號(hào)。RxCe的任何不匹配均會(huì)降低AD620的CMRR（共模抑制比）性能。為了避免無意中降低CMRR-帶寬性能，需確保CC比CD至少小一個(gè)數(shù)量級(jí)。CD:CC叱值越大，不匹配Ce的影響越小。

　　共模抑制

　　共模抑制（CMR）是儀表放大器的兩路輸入發(fā)生等量變化時(shí)對輸出電壓變化的量度，諸如AD620等儀表放大器都能夠提供高CMR。這些技術(shù)規(guī)格通常針對全范圍輸入電壓變化和特定非均衡信號(hào)源。為獲得最佳CMR，基準(zhǔn)引腳應(yīng)與低阻抗點(diǎn)相連，并且兩路輸入之間的電容和電阻差異應(yīng)保持最小。許多應(yīng)用都利用屏蔽電纜來盡可能降低噪聲；為獲得最佳的CMR隨頻率變化的性能，應(yīng)對屏蔽進(jìn)行適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)。如圖44和圖45所示，其中的有源數(shù)據(jù)防護(hù)配置可改善交流共模抑制，它通過“自舉（bootstrapping）輸入電纜屏蔽的電容，從而使輸入之間的電容不匹配降至最低。

　　接地

　　由于AD620的輸出電壓是相對于基準(zhǔn)引腳上的電位而言，因此只需將REF引腳連至相應(yīng)的“局部接地”便可解決許多接地問題。

　　為了在高噪聲數(shù)字環(huán)境中隔離低電平模擬信號(hào)，許多數(shù)據(jù)采集元件都配有單獨(dú)的模擬接地引腳和數(shù)字接地引腳（圖46）。采用一路接地線會(huì)很方便，但是，通過電路接地線和PC線路的電流可能會(huì)引起數(shù)百毫伏的誤差。因此應(yīng)提供分開的接地回路，使得從敏感點(diǎn)流至系統(tǒng)接地的電流最小。這些接地回路必須在某點(diǎn)連在一起，通常最好在ADC封裝上，如圖46所示。

　　輸入偏置電流回路

　　輸入偏置電流是指使放大器的輸入晶體管偏置所必需的電流。這些電流必須具有直接返回路徑。因此，當(dāng)放大變壓器或交流耦合源等“浮動(dòng)”輸入源時(shí)，從各輸入端至地必須有直流路徑，如圖47、圖48和圖49所示。
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　　五、應(yīng)用電路

　　1、自制與購買：典型橋式電路應(yīng)用誤差預(yù)算

　　AD620提供優(yōu)于“自制”三運(yùn)放儀表放大器設(shè)計(jì)的性能，同時(shí)具有較小的尺寸、較少的元件和低10倍的工作電流。在圖39所示的典型應(yīng)用中，要求增益為100，在-40。C至+85。C的工業(yè)溫度范圍內(nèi)放大20mV滿量程橋式電路輸出。表3列出了如何計(jì)算各種誤差源對電路精度的影響。

　　無論用于何種系統(tǒng)，AD620都能以更低功耗和更低成本提供更高的精度。在簡單的系統(tǒng)中，絕對精度和漂移誤差顯然是最重要的誤差來源。在含有智能處理器的較復(fù)雜系統(tǒng)中，自動(dòng)增益／自動(dòng)歸零周期將消除所有的絕對精度和漂移誤差，僅留下增益、非線性度和噪聲的分辨率誤差，因此可以獲得完全14位精度。

　　圖39自制與購買

　　請注意，對于自制電路，輸入電壓失調(diào)和噪聲的OP07技術(shù)規(guī)格已乘以√2。這是因?yàn)槿\(yùn)放型分立儀表放大器有兩個(gè)運(yùn)放在其輸入端，二者均對總輸入誤差有影響。

　　2、壓力測量

　　AD620除了可用于電子秤等許多橋式電路應(yīng)用之外，還特別適合采用低電壓供電的大電阻壓力傳感器。在這些應(yīng)用中，小尺寸和低功耗特性變得更加重要。

　　圖采用5v單電源供電的壓力監(jiān)測儀電路

　　圖顯示了一個(gè)3kll壓力傳感器電橋，它采用5V電源供電，電橋功耗僅為1.7mA。增加AD620和緩沖分壓器后便可對信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，總電源電流僅3.8mA。小尺寸和低成本優(yōu)勢使AD620對電壓輸出壓力傳感器極具吸引力。由于其低噪聲和低漂移特性，因此它也適合診斷性無創(chuàng)血壓測量等應(yīng)用。

　　3、醫(yī)用ECG

　　AD620具有低電流噪聲特性，因此可用于信號(hào)源電阻常常高達(dá)1MQ乃至更大的ECG監(jiān)測儀（圖41）。AD620的功耗和電源電壓均可很低，并且采用節(jié)省空間的8引腳微型DIP和SOIC封裝，因而是電池供電式數(shù)據(jù)記錄器的絕佳選擇。此外，AD620的低偏置電流和低電流噪聲特性與低電壓噪聲特性相結(jié)合，可提高動(dòng)態(tài)范圍，確保獲得更好的性能。適當(dāng)選擇電容Cl的值，則可使右側(cè)驅(qū)動(dòng)環(huán)路保持穩(wěn)定。此電路必須增加絕緣等適當(dāng)?shù)陌踩胧员苊饣颊呖赡苁艿絺Α?/p>

　　4、精密v-i轉(zhuǎn)換器

　　AD620與一個(gè)運(yùn)算放大器和兩個(gè)電阻相結(jié)合，便可構(gòu)成一個(gè)精密電流源（圖42）。該運(yùn)算放大器為基準(zhǔn)引腳提供緩沖，以確保良好的共模抑制（CMR）性能。AD620的輸出電壓V。出現(xiàn)在電阻Rl，后者將其轉(zhuǎn)換成電流。此電流僅減去運(yùn)算放大器的輸入偏置電流后，便流向負(fù)載。

　　六、封裝