ad620用法介绍以及典型电路连接

单片仪表放大器 为了满足对更容易应用的仪表放大器的需求，ADI 公司研发出单片 IC 仪表放大器。这些 IC 包 含对如前所述的三运放和双运放仪表放大器电路的改进，同时提供激光微调的电阻器和其它有 益於单片 IC 的技术。由於有源器件和无源器件现在都在同一颗管芯内，所以它们能够精密匹配 ——这保证了器件提供高 CMR。另外，这些器件在整个温度范围内保持匹配，从而保证了在宽 温度范围内优良的性能。IC 技术（例如，激光晶圆微调）能够使单片集成电路调整到极高精度并且提供低成本、高量产。 单片仪表放大器的另一个优点是它们可以采用尺寸极小、成本极低的 SOIC 或 MSOP 封装，适 合用於高量产。表 1 提供一个 ADI 公司仪表放大器性能快速一览表。 图 1. AD8221 原理图 一、采用仪表放大器还是差分放大器 尽管仪表放大器和差分放大器有很多共性，但设计过程的第一步应当是选择使用何种类型的放 大器。 差分放大器本质上是一个运放减法器，通常使用大阻值输入电阻器。电阻器通过限制放大器的 输入电流提供保护。它们还将输入共模电压和差分电压减小到可被内部减法放大器处理的范围。 总之，差分放大器应当用於共模电压或瞬态电压可能会超过电源电压的应用中。 与差分放大器相比，仪表放大器通常是带有两个输入缓冲放大器的运放减法器。当总输入共模 电压加上输入差分电压（包括瞬态电压）小於电源电压时，应当使用仪表放大器。在最高精度、 最高信噪比（SNR）和最低输入偏置电流（IB）是至关重要的应用中，也需要使用仪表放大器。二、单片仪表放大器内部描述 1、高性能仪表放大器 ADI 公司於 1971 年推出了第一款高性能单片仪表放大器 AD520，2003 年推出 AD8221。这款 仪表放大器采用超小型 MSOP 封装并且在高於其它同类仪表放大器的带宽内提供增加的 CMR。它还比工业标准 AD620 系列仪表放大器有很多关键的性能提高。 图 2. AD8221 的引脚排列 AD8221 是一种基於传统的三运放结构的单片仪表放大器（见图 1）。输入三极管 Q1 和 Q2 在 恒定的电流条件下被偏置以便任何差分输入信号都使 A1 和 A2 的输出电压相等。施加到输入端 的信号产生一个通过 RG、R1 和 R2 的电流以便 A1 和 A2 的输出提供正确的电压。从电路结构 上，Q1、A1、R1 和 Q2、A2、R2 可视为精密电流反馈放大器。放大的差分信号和共模信号施 加到差分放大器 A3，它抑制共模电压，但会处理差分电压。差分放大器具有低输出失调电压和 低输出失调电压漂移。经过激光微调的电阻器允许高精密仪表放大器具有增益误差典型值小於 20ppm 并且 CMR 超过 90dB（G=1）。 图 3. AD8221 的 CMR 与频率的关系 图 4. AD8221 的闭环增益与频率的关系 图 5. AD620 原理图 图 6. AD620 的闭环增益与频率的关系 AD8221 使用超 β 输入三极管和一个 IB 补偿电路，它可提供极高的输入阻抗，低 IB，低失调 电流（IOS），低 IB 漂移，低输入 IB 噪声，以及 8nV/（Hz）1/2 极低电压噪声。 AD8221 的增益公式为∶ AD8221 采用精心设计以保证用户能够使用一苹外部的标准阻值的电阻器很容易和精确地设置 增益。 由於 AD8221 的输入放大器采用电流反馈结构，所以它的增益带宽乘积可以随增益提高，从而 构成一个在提高增益时没有电压反馈结构的带宽降低的系统。 为了甚至在低输入信号幅度条件下也能保持精密度，对 AD8221 的设计和布线采用了特别细心 的考虑，因而能使仪表放大器的性能满足甚至要求最严格的应用（见图 3 和图 4）。 AD8221 采用独特的引脚排列使其达到无与伦比的 CMR 技术指标，在 10kHz（G = 1）条件下 为 80dB，在 1kHz（G = 1000）条件下为 110dB。平衡的引脚排列，如图 2 所示，减少了过去 对 CMR 性能有不利影响的寄生效应。另外，新的引脚排列简化了 PCB 布线，因为相关的印制 线都分组靠近在一起。例如，增益设置电阻器引脚与输入引脚相邻，并且参考脚靠近输出引脚。多年来，AD620 已经成为工业标准的高性能、低成本的仪表放大器。AD620 是一种完整的单 片仪表放大器，提供 8 引脚 DIP 和 SOIC 两种封装。用户使用一苹外部电阻器可以设置从 1 到 1,000 任何要求的增益。按照设计要求，增益 10 和 100 需要的电阻值是标准的 1%金属膜电阻 值。 AD620（见图 5）是传统 AD524 仪表放大器的第二代产品并且包含一个改进的传统三运放电路。 经过激光微调的片内薄膜电阻器 R1 和 R2，允许用户仅使用一苹外部电阻器便可将增益精确设 置到 100，最大误差在±0.3%之内。单片结构和激光晶圆微调允许电路元器件的精密匹配和跟 踪。 图 7. AD620 的 CMR 与频率的关系 图 8. AD620 的增益非线性(G=100, RL=10kΩ,垂直刻度: 100μV=10ppm, 水平刻度 2V/div)图 9. AD620 的小信号脉冲响应(G=10，RL=2kΩ，CL=100pF) 图 10. AD621 原理图 由 Q1 和 Q2 构成的前置放大器级提供附加的增益前端。通过 Q1-A1-R1 环路和 Q2-A2-R2 环 路反馈使通过输入器件 Q1 和 Q2 的集电极电流保持恒定，由此使输入电压加在外部增益设置 电阻器 RG 的两端。这就产生一个从输入到 A1/A2 输出的差分增益 G，G=（R1＋R2） /RG＋1。单元增益减法器 A3 消除了任何共模信号，并产生一个相对於 REF 引脚电位的单端 输出。RG 的值还决定前置放大器级的跨导。为了提供增益而减小 RG 时，前置放大器级的跨导逐渐 增加到相应输入三极管的跨导。这有三个主要优点。第一，随著设置增益增加，开环增益也随 著增加，从而降低了增益相对误差。第二，（由 C1、C2 和前置放大器跨导决定的）增益带宽 乘积随著设置的增益一起增加，因而优化了放大器的频率响应。图 6 示出 AD620 的闭环增益 与频率的关系。 AD620 还在宽频率范围内具有优良的 CMR，如图 7 所示。图 8 和图 9 分别示出 AD620 的增 益非线性和小信号脉冲响应。 第三，输入电压噪声减少到 9nV（Hz）1/2，主要由输入器件的集电极电流和基极电阻决定的。内部增益电阻器 R1 和 R2 的阻值已经调整到 24.7kΩ，从而允许只利用一苹外部电阻器便可精 确地设置增益。增益公式为∶ 这，电阻器 RG 以 kΩ 为单位。 选择 24.7kΩ 阻值是以便於可使用标准 1%电阻器设置最常用的增益。 AD621 与 AD620 类似，只是设置 10 和 100 倍增益的增益电阻器已经集成在芯片内——无需 使用外部电阻器。选择 100 倍增益只需要一个外部跨接线（在引脚 1 和 8 之间）。对於 10 倍 增益，断开引脚 1 和引脚 8。它在规定温度范围内提供优良的增益稳定性，因为片内增益电阻 跟踪反馈