仪表放大器MCP6N11入门及应用案例分析

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。