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AD8222是精密双通道仪表放大器

时间:2020-2-26, 来源:互联网, 文章类别:元器件知识库

特征

小4 mm×4 mm LFCSP中的两个通道;每个放大器一个电阻的增益设置(G=1到10000);低噪音;8nV/√1kHz时的频率;0.25微伏p-p(0.1赫兹至10赫兹);高精度直流性能(B级);60μV最大输入偏置电压;0.3微伏/摄氏度最大输入偏移漂移;1.0 nA最大输入偏置电流;最小共模抑制比126分贝(G=100);卓越的交流性能;140 kHz带宽(G=100);13微秒稳定时间至0.001%差分输出选项(单通道);完全指定可调共模输出电源范围:±2.3V至±8V。

应用

多通道数据采集;心电图和医疗器械;工业过程控制;惠斯通电桥传感器;差速传动;高分辨率输入模数转换器;遥感器。

一般说明

AD8222是一个双通道、高性能的仪表放大器,每个放大器只需要一个外部电阻就可以将增益设置为1到10000。

AD8222是小型4毫米×4毫米LFCSP中的第一个双仪器放大器。它需要与典型的单仪表放大器相同的板面积。较小的封装允许信道密度增加2倍,每个信道的成本更低,所有这些都不会影响性能。

AD8222也可以配置为单通道差分输出仪表放大器。差分输出提供高抗噪性,当输出信号必须通过噪声环境(如使用遥感器)时,这一点非常有用。该配置还可用于驱动差分输入模数转换器(ADC)。这个在G=1时,AD8222保持所有等级的最小共模抑制比为80分贝至4千赫。高共模抑制比过频允许AD8222抑制宽带干扰和线路谐波,大大简化了滤波器要求。在G=1时,AD8222的典型CMRR漂移温度仅为0.07微伏/伏/摄氏度。

AD8222在单电源和双电源上工作,两个放大器只需要2.2毫安的最大电源电流。它规定在工业温度范围-40°C至+85°C之间,完全符合RoHS。

有关单通道版本,请参阅AD8221。表1。仪表放大器(按类别)。

绝对最大额定值

大于或等于绝对最大额定值的应力可能会对产品造成永久性损坏。这仅是一个应力等级;不暗示产品在本规范操作部分所述条件或以上任何其他条件下的功能运行。超过最大运行条件的长时间运行可能会影响产品的可靠性。

热阻

表6中的θJA值假定为4层JEDEC标准板。对于带有热垫的LFCSP,假设热垫焊接到PCB板上的平台上,平台热连接到散热功率平面。暴露垫处的θJC为4.4°C/W。

最大功耗

AD8222的最大安全功耗受到芯片上结温(TJ)的限制。在大约130°C(即玻璃化转变温度)下,塑料会改变其性能。即使暂时超过这个温度限制,也可能改变封装对模具的应力,永久改变放大器的参数性能。长时间超过130°C的温度会导致功能丧失。

引脚配置和功能描述

典型性能特征

操作理论

放大器结构

AD8222的两个仪表放大器基于经典的3运放拓扑结构。图45显示了其中一个放大器的简化示意图。输入晶体管Q1和Q2在固定电流下偏置。任何差分输入信号都会迫使A1和A2的输出电压发生变化,使得差分电压也出现在RG上。流过RG的电流也必须流过R1和R2,从而导致A1和A2输出之间的差分输入信号精确放大。在拓扑上,Q1+A1+R1和Q2+A2+R2可以看作是精确的电流反馈放大器。共模信号和放大后的差分信号被应用于抑制共模电压的差分放大器。差分放大器采用了低输出偏置电压和低输出偏置电压漂移的创新技术。

由于输入放大器采用电流反馈架构,因此AD8222的增益带宽积随增益增加而增加,从而使系统在较高增益下不会遭受电压反馈架构的预期带宽损失。

AD8222的传递函数是:

哪里:

增益选择

在RG端子上放置一个电阻器可设置AD8222的增益,可通过参考表8或使用以下增益方程计算:

当不使用增益电阻器时,AD8222默认为G=1。RG电阻器的公差和增益漂移应添加到AD8222规范中,以确定系统的总增益精度。当不使用增益电阻时,增益误差和增益漂移保持在最小值。

参考端子

AD8222通道的输出电压是相对于相应参考端子上的电势而产生的。通常,参考端子连接到接地,但也可以用电压驱动以偏移输出信号。例如,将一个电压连接到参考端子以电平移动输出,以便AD8222可以驱动单个电源ADC。REF1和REF2均采用ESD二极管保护,且不得超过+VS或-VS超过0.3v。

为了获得最佳性能,参考端子的源阻抗应保持在1Ω以下。如图45所示,参考端子位于10 kΩ电阻器的一端。参考端子处的附加阻抗会增加该10 kΩ电阻,并导致连接到正输入端的信号放大。附加RREF的放大可以通过:

只有正信号路径被放大;负信号路径不受影响。这种不均匀的放大会降低放大器的共模抑制比。

包装注意事项

AD8222采用4 mm×4 mm LFCSP。注意不要盲目地从另一个4 mm×4 mm的LFCSP设备复制足迹;着陆模式可能不同。请参阅“外形尺寸”部分以验证PCB符号的尺寸是否正确。

AD8222有两种包装类型,有热垫和无热垫。

无热垫包装

AD8222附带了一个不包括热垫的封装;它是AD8222的首选封装。与芯片级封装不同,在芯片级封装中,pad限制了路由能力,AD8222封装允许直接在芯片下方进行路由和通孔,因此可以实现小型LFCSP的全部空间节省。

尽管包装在设备的中心没有金属,但是制造过程在包装的每个角落都会留下一小段裸露的金属,如图56所示在“外形尺寸”区域中。这种金属通过装置与-VS相连。由于可能出现短路,因此不应将通孔放在暴露的金属下面。

热垫包装

包含此包主要是出于遗留原因。因为AD8222消耗的能量很小,所以不需要热垫。

热焊盘在内部连接至-VS。焊盘可以未焊透,焊接至其他未连接的PCB平台,或焊接至连接至负极供电轨的平台(-VS)。如果需要与AD8224的引脚兼容,则pad不应与任何网络进行电气连接,包括-VS。

焊锡过程会在板上留下焊剂和其他污染物。当这些污染物位于AD8222引线和热垫之间时,它们会产生大于AD8222偏置电流的泄漏路径。彻底的清洗过程可以去除这些污染物,并恢复AD8222优异的偏置电流性能。

布局

AD8222是一种高精度设备。为确保PC板级的最佳性能,请注意设计板布局。AD8222引脚以逻辑方式排列,以帮助完成此任务。

共模抑制过频

AD8222的共模抑制比典型的安培有更高的过频,这使它对干扰,如线路噪声及其相关谐波有更大的免疫力。要保持这种高性能,需要一个良好的实现布局。输入源阻抗应紧密匹配。源电阻应放置在靠近输入端的位置,以使其与尽可能小的寄生电容相互作用。

寄生在RGx管脚上也会影响共模抑制比过频。印刷电路板的布局应使每个引脚的寄生电容相匹配。从增益设置电阻器到RGx管脚的迹线应保持较短,以最小化寄生电感。

参考

参考端引入的误差直接馈送到输出端。注意将REF系在适当的当地地面上。

电源

使用稳定的直流电压为仪表放大器供电。

电源插脚上的噪音会对性能产生不利影响。

AD8222有两个正极电源引脚(引脚5和引脚16)和两个负极电源引脚(引脚8和引脚13)。尽管设备在每个电源对只有一个插脚连接的情况下工作,但两个插脚都应连接以获得指定的性能和最佳的可靠性。

AD8222应与0.1μF旁路电容器分离,每个电源一个。正极电源去耦电容器应放置在引脚16附近,负极电源去耦电容器应放置在引脚8附近。每个电源还应与10μF钽电容器分离。钽电容器可以放置在离AD8222更远的地方,并且通常可以被其他精密集成电路共享。图47显示了一个布局示例。

输入偏置电流返回路径

AD8222的输入偏置电流必须有返回公共的路径。当源(如热电偶)不能提供回流路径时,应创建回流路径,如图48所示。

输入保护

AD8222的所有端子都有防静电保护(2千伏,人体模型)。此外,输入结构允许超过电源约2.5V的直流过载条件。

输入电压超出轨道

对于较大的输入电压,外部电阻应与每个输入串联使用,以限制过载条件下的电流。AD8222可以安全地处理6毫安的连续电流。极限电阻可以从:

对于AD8222遇到极端过载电压的应用,如心脏除颤器、外部串联电阻和低泄漏二极管夹,如BAV199L、FJH1100或SP720,应使用。

高增益下的差动输入电压

当以高增益工作时,较大的差动输入电压可导致超过6毫安的电流流入输入。当差动电压超过以下临界电压时,就会出现这种情况:

这适用于任何极性的差动电压。

通过在每个输入端串联一个输入保护电阻,可以提高最大允许差动电压。每个保护电阻的值应为:

射频干扰

当放大器用于有强射频信号的应用时,射频校正常常是一个问题。干扰可以表现为一个小的直流偏移电压。高频信号可以通过放置在仪表放大器输入端的低通RC网络进行滤波,如图49所示。滤波器根据以下关系限制输入信号带宽:

其中C≥10C。

图49显示了差分滤波器频率约为2kHz,共模滤波器频率约为40kHz的示例。

应选择R和CC的值以最小化RFI。正输入的R×CC和负输入的R×CC不匹配会降低AD8222的共模抑制比。采用比CC大10倍的CD 10,减小了失配效应,提高了性能。

共模输入电压范围

AD8222的3运算放大器结构应用增益,然后消除共模电压。因此,AD8222中的内部节点经历了获得的信号和共模信号的组合。即使在单独的输入和输出信号不存在的情况下,该组合信号也可以被电压源限制。图8和图9显示了各种输出电压、电源电压和增益的允许共模输入电压范围。

应用程序信息

差动输出

AD8222的差分配置具有与单端输出配置相同的优秀直流精度规格,建议在直流至100 kHz的频率范围内应用。

电路配置如图50所示。表2和表4中的差分输出规格仅适用于此配置。该电路包括一个RC滤波器,以保持环路的稳定性。

差分输出的传递函数为:

设置共模电压

输出共模电压由+IN2和REF2的平均值设置。传递函数是:

+IN2和REF2具有不同的特性,使得可以容易地为各种应用设置参考电压。+IN2具有高阻抗,但不能摆动到设备的供电轨。REF2必须用低阻抗驱动,但可以超过供电轨300 mV。

一种常见的应用程序将共模输出电压设置为差分ADC的中刻度。在这种情况下,ADC参考电压被发送到+IN2端子,接地被连接到REF2端子。这会产生一半ADC参考电压的共模输出电压。

使用双运算放大器的2通道差分输出

另一个差分输出拓扑如图51所示。双OP2177运算放大器的1/2产生反向输出,而不是1/2安培。由于OP2177封装在MSOP中,这种配置允许在板面积很小的放大器中创建双通道精密差分输出。

运算放大器的误差对两个输出都是共模的。来自不匹配电阻的错误也会产生共模直流偏移。因为这些错误是共模的,所以很可能被信号链中的下一个设备拒绝。

驱动差分输入ADC

AD8222可以配置为差分输出模式以驱动差分模数转换器。图52说明了几个概念。

RFI和抗锯齿滤波器

1 kΩ电阻器、1000 pF电容器和100 pF电容器位于执行许多功能的放大器形式的滤波电路前面。1kΩ和100pf电容器形成共模滤波器,保护放大器不受输入射频信号的影响。没有滤波,这些RFI信号可以在in-amp中整流。1kΩ电阻器提供一些过电压保护。1kΩ电阻和1000pf电容构成了用于ADC的76khz抗混叠滤波器。

注意,100 pF电容器是5%COG/NPO类型。这些电容器随着时间和温度的变化很好地匹配,这使得系统的共模抑制比(CMRR)在频率上保持较高。

第二抗锯齿滤波器

在每个AD8222输出和ADC输入之间放置一个1KΩ电阻器和2200 pF电容器。他们创造了一个72千赫的低通滤波器,用于另一阶段的抗锯齿保护。

这四个元素也提高了失真性能。2200 pF电容器为ADC的开关电容器前端提供电荷,1kΩ电阻保护AD8222不驱动任何急剧电流变化。如果应用需要低频抗混叠滤波器且对失真敏感,请增加电容器的值,而不是电阻的值。

1kΩ电阻器还可以保护ADC免受过电压的影响。因为AD8222比典型的ADC工作在更宽的电源电压上,所以ADC存在过驱动的可能性。脉冲星转换器(如AD7688)不存在此问题。它的输入可以处理130毫安的超速档,这远远高于AD8222的短路极限。然而,其他变换器的鲁棒性较差,可能需要额外的保护。

参考

ADR435为ADC和AD8222提供参考电压。由于AD8222上的REF2接地,共模输出电压正好是参考电压的一半,正好是ADC所需的电压。

精密应变计

AD8222的低偏移和高共模抑制比过频特性使其成为交流和直流电桥测量的理想选择。如图53所示,电桥可以直接连接到放大器的输入端。

驱动电缆

所有的电缆每单位长度都有一定的电容,随电缆类型的不同而变化很大。电缆的电容性负载会导致AD8222的输出响应出现峰值。为了降低峰值,在AD8222和电缆之间使用一个电阻器。由于电缆电容和期望的输出响应变化很大,因此最好根据经验确定该电阻。一个好的起点是50Ω。

AD8222以足够低的频率工作,因此传输线效应很少成为问题;因此,电阻器不必与电缆的特性阻抗匹配。

外形尺寸











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