AD620的工作原理（含AD620引脚图及功能_电气特性及应用电路）

　　一、AD62​0简介

　　AD620是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至10，000。此外，AD620采用8引脚SOIC和DIP封装，尺寸小于分立电路设计，并且功耗更低（最大工作电流仅1.3mA），因而非常适合电池供电及便携式（或远程）应用。

　　AD620具有高精度（最大非线性度40ppm）、低失调电压（最大50HV）和低失调漂移（最大0.6HV/。C）特性，是电子秤和传感器接口等精密数据采集系统的理想之选。此外，AD620还具有低噪声、低输入偏置电流和低功耗特性，使之非常适合ECG和无创血压监测仪等医疗应用。

　　由于其输入级采用Super［3eta处理，因此可以实现最大1.0nA的低输入偏置电流。AD620在1kHz时具有9nVA/Hz的低输入电压噪声，在0.1Hz至10Hz带宽上的噪声为0.28HV峰峰值，输入电流噪声为O.lpAA/Hz，因而作为前置放大器使用效果很好。AD620还非常适合多路复用应用，其0.01%建立时间为15us，而且成本很低，足以实现每通道一个仪表放大器的设计。

　　二、电气特性及参数

　　2.1特性：

　　1）易于使用

　　增益通过一个外部电阻设置

　　（增益范围：1至10，000）

　　宽电源电压范围（±2.3V至+18V）

　　性能高于3运放分立仪表放大器设计

　　采用8引脚DIP和SOIC封装

　　低功耗，最大工作电流1.3mA

　　2）出色的直流性能（B级）

　　输入失调电压：50VV（最大值）

　　输入失调漂移：0.6yV/。C（最大值）

　　输入偏置电流：1.0nA（最大值）

　　共模抑制比：100dB（最小值，G=10）

　　3）低噪声

　　输入电压噪声：9nV/yHz（1kHz）

　　0.28yV峰峰值噪声（O.lHz至10Hz）

　　4）出色的交流特性

　　带宽：120kHz（G=100）

　　0.01%建立时间：15¨s

　　2.2参数：

　　1）推荐值

　　电源电压：±15V;

　　电源电流：0.9mA;

　　短路电流：±18mA;

　　转换速率：1.5V/μs;

　　工作温度（C级）：-40～85℃。

　　2）极限值

　　电源电压：±18.0V;

　　存贮温度（C级）：-65～150℃;

　　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绝对最大额定值

　　

　　三、引脚图

　　AD620引脚图如图所示

　　

　　四、工作原理

　　AD620是一款单芯片仪表放大器，采用经典的三运放改进设计。通过调整片内电阻的绝对值，用户只需一个电阻便可实现对增益的精确编程（G=100时精度可达0.15%）。单芯片结构和激光晶圆调整允许对电路元件进行严格匹配与跟踪，从而可确保此电路本身具有的高性能特性

　　输入晶体管Ql和Q2提供一路高精度差分对双极性输入（图38），同时由于采用Super6eta处理，因此输入偏置电流减小10倍。反馈环路Ql-Al-Rl和Q2-A2-R2使输入器件Ql和Q2的集电极电流保持恒定，从而可将输入电压作用于外部增益设置电阻Re上。这样就产生了从输入至Al/A2输出的差分增益，其计算公式为G=（R1+R2）/Re+1。单位增益减法器A3用来消除任何共模信号，以获得折合到REF引脚电位

　　的单端输出。Re值还可决定前置放大器级的跨导。当减小Re以获得更大增益时，该跨导将渐近增大输入晶体管的跨导。这会带来三大好处：（a）开环增益提升以提供更大的编程增益，从而减小与增益相关的误差；（b）增益带宽积（由Cl、C2和前置放大器跨导决定）随着编程增益提高增大，从而优化频率响应；（c）输入电压噪声降至9nVA/Hz，它主要由输入器件的集电极电流和基极电阻决定。内部增益电阻Rl和R2已调整至绝对值24.7kQ，因此利用一个外部电阻便可实现对增益的精确编程。

　　增益公式为：

　　

　　增益选择

　　AD620的增益通过电阻Re进行编程，或者更精确地说，通过引脚1与引脚8之间存在的任何阻抗进行编程。AD620旨在用0.1%至1%电阻提供精确的增益。表4列出了各种增益所要求的Re值。注意，对于G=l，Re引脚不连接（RG=。。）。对于任意增益，可用下式计算RG：

　　

　　为使增益误差最小，应避免产生与Re串联的高寄生电阻；为使增益漂移最小，Re应具有低温度系数TC（小于10ppm/。C）才能获得最佳性能。

　　

　　输入与输出失调电压

　　AD620的低误差可以归结于两个来源：输入误差与输出误差。输出误差折合到输入端时需除以G。实际上，高增益时以输入误差为主，低增益时以输出误差为主。给定增益的总VOs计算如下：

　　折合到输入端（RTI）总误差=输入误差+（输出误差/G）

　　折合到输出端（RTO）总误差=（输入误差xG）+输出误差

　　基准引脚

　　基准驯脚电位定义零输出电压。而且当负载不与系统其余部分共享精确地电位时，基准引脚电位就特别有用：一种向输出提供精确偏移电压的直接途径，容许范围为电源电压以内2V。为了获得最佳的共模抑制（CMR），应使寄生电阻保持最小。

　　输入保护

　　AD620的输入端配有400Q串联薄膜电阻，可以安全可靠地承受最高+15V或+60mA的输入过载数小时。此特性适用于所有增益及上电、断电过程，在信号源与放大器采用不同电源分别供电时尤其重要。对于更长的时间，电流不应超过6mA（IIN≤VIN/400Q）。对于超出电源的输入过载，将输入钳位至电源（用FD333之类低泄漏二极管）可以降低所要求的电阻值，从而获得较低的噪声。

　　射频（RF）干扰

　　所有仪表放大器都会对带外小信号进行整流。这种干扰可能会表现为较小的直流电压失调。高频信号可以通过仪表放大器输入端的低通R-C网络滤除。图43说明了这种配置。滤波器根据以下关系式对输入信号加以限制：

　　

　　其中CD>10CC。CD影响差动信号。Ce影响共模信号。RxCe的任何不匹配均会降低AD620的CMRR（共模抑制比）性能。为了避免无意中降低CMRR-带宽性能，需确保CC比CD至少小一个数量级。CD:CC叱值越大，不匹配Ce的影响越小。

　　

　　共模抑制

　　共模抑制（CMR）是仪表放大器的两路输入发生等量变化时对输出电压变化的量度，诸如AD620等仪表放大器都能够提供高CMR。这些技术规格通常针对全范围输入电压变化和特定非均衡信号源。为获得最佳CMR，基准引脚应与低阻抗点相连，并且两路输入之间的电容和电阻差异应保持最小。许多应用都利用屏蔽电缆来尽可能降低噪声；为获得最佳的CMR随频率变化的性能，应对屏蔽进行适当的驱动。如图44和图45所示，其中的有源数据防护配置可改善交流共模抑制，它通过“自举（bootstrapping）输入电缆屏蔽的电容，从而使输入之间的电容不匹配降至最低。

　　

　　

　　接地

　　由于AD620的输出电压是相对于基准引脚上的电位而言，因此只需将REF引脚连至相应的“局部接地”便可解决许多接地问题。

　　为了在高噪声数字环境中隔离低电平模拟信号，许多数据采集元件都配有单独的模拟接地引脚和数字接地引脚（图46）。采用一路接地线会很方便，但是，通过电路接地线和PC线路的电流可能会引起数百毫伏的误差。因此应提供分开的接地回路，使得从敏感点流至系统接地的电流最小。这些接地回路必须在某点连在一起，通常最好在ADC封装上，如图46所示。

　

　　输入偏置电流回路

　　输入偏置电流是指使放大器的输入晶体管偏置所必需的电流。这些电流必须具有直接返回路径。因此，当放大变压器或交流耦合源等“浮动”输入源时，从各输入端至地必须有直流路径，如图47、图48和图49所示。
 

　　

　　

　　

　　五、应用电路

　　1、自制与购买：典型桥式电路应用误差预算

　　AD620提供优于“自制”三运放仪表放大器设计的性能，同时具有较小的尺寸、较少的元件和低10倍的工作电流。在图39所示的典型应用中，要求增益为100，在-40。C至+85。C的工业温度范围内放大20mV满量程桥式电路输出。表3列出了如何计算各种误差源对电路精度的影响。

　　

　　无论用于何种系统，AD620都能以更低功耗和更低成本提供更高的精度。在简单的系统中，绝对精度和漂移误差显然是最重要的误差来源。在含有智能处理器的较复杂系统中，自动增益／自动归零周期将消除所有的绝对精度和漂移误差，仅留下增益、非线性度和噪声的分辨率误差，因此可以获得完全14位精度。

　

　　图39自制与购买

　　请注意，对于自制电路，输入电压失调和噪声的OP07技术规格已乘以√2。这是因为三运放型分立仪表放大器有两个运放在其输入端，二者均对总输入误差有影响。

　　2、压力测量

　　AD620除了可用于电子秤等许多桥式电路应用之外，还特别适合采用低电压供电的大电阻压力传感器。在这些应用中，小尺寸和低功耗特性变得更加重要。

　　

　　图采用5v单电源供电的压力监测仪电路

　　图显示了一个3kll压力传感器电桥，它采用5V电源供电，电桥功耗仅为1.7mA。增加AD620和缓冲分压器后便可对信号进行调理，总电源电流仅3.8mA。小尺寸和低成本优势使AD620对电压输出压力传感器极具吸引力。由于其低噪声和低漂移特性，因此它也适合诊断性无创血压测量等应用。

　　3、医用ECG

　　

　　AD620具有低电流噪声特性，因此可用于信号源电阻常常高达1MQ乃至更大的ECG监测仪（图41）。AD620的功耗和电源电压均可很低，并且采用节省空间的8引脚微型DIP和SOIC封装，因而是电池供电式数据记录器的绝佳选择。此外，AD620的低偏置电流和低电流噪声特性与低电压噪声特性相结合，可提高动态范围，确保获得更好的性能。适当选择电容Cl的值，则可使右侧驱动环路保持稳定。此电路必须增加绝缘等适当的安全措施，以避免患者可能受到伤害。

　　4、精密v-i转换器

　　AD620与一个运算放大器和两个电阻相结合，便可构成一个精密电流源（图42）。该运算放大器为基准引脚提供缓冲，以确保良好的共模抑制（CMR）性能。AD620的输出电压V。出现在电阻Rl，后者将其转换成电流。此电流仅减去运算放大器的输入偏置电流后，便流向负载。

　　

　　六、封装