嗨,欢迎来到兆亿微波官方商城!
服务热线: 010-62975458  17600099251
购物车图片 购物车 ( )
全部商品分类

差分放大器与电流传感器放大器的区别

2021/5/25 10:16:20
浏览次数: 13

与传感器连接时,仪表放大器(IA)作用强大且功能多样,但也存在一些限制,会阻碍可变增益IA或可编程增益仪表放大器(PGIA)的设计。在有些文献中,后者也被称为软件可编程增益放大器(SPGA)。因为经常遇到要求根据各种各样的传感器或环境条件调节电路的情况,我们需要这类PGIA。


采用固定增益时,系统设计人员可能不得不应对欠佳的SNR,这会降低精度。我的同事发表了《模拟对话》文章'可编程增益仪表放大器:找到适合的放大器',其中讨论了多种有助于创建精密、稳定的PGIA的技术。文章中指出了这种设计可能存在的缺陷,并展示了对可用解决方案和技术的全面调查。在本文中,我将介绍另一种促进这项工作的工具和方法,我会逐一介绍每个设计步骤,让大家快速掌握使用新发布的仪表放大器创建精密PGIA所需的外部元器件值。


一种新的仪表放大器架构

差分放大器与电流传感器放大器的区别

常见的仪表放大器架构如图1所示。


增益由外部电阻器RG的值来设定。要使用这类器件创建PGIA,只需切换RG的值即可。这种切换通常使用模拟开关或多路复用器来完成。但是,模拟开关的一些非理想行为让这项任务变得复杂——例如开关的导通电阻、通道电容,以及通道电阻随施加电压的变化。


图2所示为基于标准仪表放大器结构的变化版本。注意RG引脚如何被分解成±RG,S和±RG,F,单独引出,并从器件封装外部进行配置。


差分放大器与电流传感器放大器的区别

图2. LT6372-1架构允许配置一些IA内部节点。


图2所示的架构有一个重要的实用特性:能够配置仪表放大器,使其可以在几个不同的增益值之间切换,同时将开关电阻造成的增益误差降至最低。此特性可用于创建PGIA。


如上所述,任何电阻可编程仪表放大器都可以通过切换增益电阻的值来改变其增益。但是,这种做法存在明显的缺点,例如:


开关导通电阻(RON)标称值及其变化会造成较大的增益误差。

由于需要的开关RON值较低,高增益值可能无法实现。

开关非线性会引起信号失真。这是因为信号电流直接流过RON,因此其值随电压的任何变化都会引起失真。

如图3所示,当 LT6372-1 配置为PGIA时,可以缓解这些问题,因为RG,F和RG,S引脚是单独引出的。在这个原理图中,惠斯登电桥(由R5至R8组成)产生的信号被放大,提供4个可能的增益值,用户可根据选择的SW1开关位置进行选择。利用 LT6372 系列 引脚排列,我们可以创建一个PGIA以通过改变RF/RG比来获得所需的增益值。


差分放大器与电流传感器放大器的区别

图3. LT6372-1 PGIA电桥接口,提供四种增益设置。


此外,作为增益误差源的U1、U2模拟开关RON被降至最低,因为它可以与输入级反相端口及其反馈电阻串联。这样配置之后,RON只占内部12.1 kΩ反馈电阻总量的一小部分,因此对增益误差和漂移几乎没有影响。同样,由于RON值只占总反馈电阻的一小部分,其值随电压的变化几乎不会产生影响,因此开关非线性引起的失真可降至最低。此外,此器件的输入级由电流反馈放大器(CFA)架构组成,与传统的电压反馈放大器相比,它本身在增益变化时所允许的带宽或速度变化较小。1 上述所有这些因素综合在一起,让我们能够使用低成本外部模拟开关,创建具有精密增益步进的精密PGIA。


图4所示为PGIA的简化图,展示了梯形电阻的不同抽头(由总共8个模拟开关实现,每次短接2个来设置增益)如何配置电路。在此图中,两个开关组由四种可能的增益值之一来描述;–RG,S和+RG,S引脚短接至RF3/RF4结。


差分放大器与电流传感器放大器的区别

图4. LT6372-1的框图,以及PGIA的简化外部连接(未显示增益开关)。


用于计算外部电阻的增益的设计步骤

图3显示完整的PGIA配置,包括所需的开关,该配置可适应任意大小的增益范围。其中包含四个可能的增益值,但是可以通过在设计中增加更多开关来增加该值。如前所述,允许配置RG,F和RG,S引脚这一特性让我们能够增加RF来增大增益,并降低RG来减小增益,以创建功能多样的PGIA。为了计算增益,我们可以将反馈电阻计为内部12.1 kΩ调整电阻加上RG,F到RG,S端口连接上与RG,F串联的其他电阻。相反,增益设置电阻是+RG,S和-RG,S之间的总电阻。总结起来就是:


RF = 12.1 kΩ + 两个输入放大器各自上面的RG,F和RG,S之间的电阻


RG = +RG,S和–RG,S之间的电阻


在这种配置下,增益的可能范围为1 V/V至1000 V/V。当U1和U2开关上的开关都设置为的短路引脚S3和D3时,对应的RF和RG值,以及产生的增益如下:


RF = 12.1 kΩ + 11 kΩ + 1.1 kΩ = 24.1 kΩ


RG = 73.2 Ω + 97.6 Ω + 73.2 Ω = 244 Ω


G = 1+ 2RF/RG = 1 + 2 × 24.1 kΩ/244 Ω = 199 V/V


很容易能够看出,决定外部电阻使用哪个值是一个迭代且彼此相关的过程,可能的增益值相互作用,对选择使用的电阻产生影响。为了便于参考,表1列出了一些常见的增益值组成值,但是,还可能存在许多其他的增益组合(G)。


确定PGIA的值的步骤

我们可以使用等式1中的公式依序计算增益网络中的单个电阻的值。该方程确定电阻的方式如图3所标示,表1中的案例2(增益为2、20、200和500 V/V)用作算出的示例。反馈电阻与增益设置电阻是交互式的;因此,公式必须是当前项取决于之前项的一个系列。计算公式如下:


差分放大器与电流传感器放大器的区别


以下是一些定义:


RF1 = 12.1 kΩ (LT6372-1的内置电阻)


M:增益数量(本电路为4)


Gi:增益实例(在本例中,G1 – G4分别为2、20、200或500 V/V)


i:在1至(M-1)之间变化,用于计算 RFi + 1


差分放大器与电流传感器放大器的区别


等式1可用于计算任何增益组合所需的反馈电阻。一个虚拟变量(j)充当计数器,以保持之前的反馈电阻的连续总数。


在计算之前,建议先绘制与图3所示的网络类似的电阻网络。该网络中有(2 × M) – 1个电阻,其中M =增益数。在这个示例中,M = 4,所以,电阻串中将包含7个电阻。需要针对i = 1 →(M – 1)求等式1的值。

G1 = 2, G2 = 20, G3 = 200, G4 = 500 V/V


根据等式2:


差分放大器与电流传感器放大器的区别


根据i = 1 → (M-1),以迭代的方式求等式1的值


差分放大器与电流传感器放大器的区别


然后,可以使用以下等式计算中心电阻RG:


差分放大器与电流传感器放大器的区别


在进行最后一步计算之后,表1中的所有4个电阻值都经过计算,设计的计算过程完成。


测量的性能图

以下这些图显示了使用此PGIA配置可以实现的性能:


差分放大器与电流传感器放大器的区别

图5. PGIA大信号频率响应。


差分放大器与电流传感器放大器的区别

图6. PGIA CMRR与频率的关系。


ADG444的开关电容使得在最低增益设置(G1 = 2 V/V)下,小信号频率响应出现一些明显的峰化(参见图7)。这种现象只在采用较低的增益设置时才会出现,因为LT6372-1的带宽扩展到足以受到开关的pF电容影响。解决这种副作用的方法包括,选择电容更低的开关(例如具有5 pF电容的 ADG611/ADG612/ADG613),或者限制PGIA的最低增益设置。


差分放大器与电流传感器放大器的区别

图7. PGIA小信号低增益峰化。


结论

本文介绍了如何利用新发布的LT6372系列器件的引脚排列为仪表放大器添加增益选择功能。文中分析了这种PGIA的特性,并详细说明了其设计步骤以及性能测量值。LT6372-1具有高线性度,提供精确的直流规格和性能,因此非常适合用于此类解决方案。


在线留言询价
推荐阅读
  • 点击次数: 1
    2026-02-04
    保护特性LT3042 集成了多项针对电池供电应用的保护特性。精密电流限制和热过载保护可防止 LT3042 在输出端发生过载和故障条件时损坏。正常工作时,结温不得超过 125°C(E-级、I-级)或 150°C(H-级、MP-级)。为保护 LT3042 的低噪声误差放大器,SET-TO-OUTS 保护钳位将 SET 与 OUTS 之间的最大电压限制在一定值,通过钳位的最大直流电流为 20mA。因此,对于 SET 由电压源主动驱动的应用,电压源必须限制在 20mA 或更小。此外,为限制瞬态故障条件下流过这些钳位的瞬态电流,SET 引脚电容(CSET)的最大值应限制为 22μF。LT3042 还集成了反向输入保护,IN 引脚可承受高达 -20V 的反向电压,而不会产生任何输入电流,也不会在 OUT 引脚产生负电压。该稳压器可保护自身和负载免受反向接入电池的影响。在需要备用电池的电路中,可能出现几种不同的输入/输出条件。当输入端被拉至 GND、某个中间电压或开路时,输出电压可能保持。在所有这些情况下,反向电流保护电路可防止电流从输出端流向输入端。然而,由于 OUTS-TO-SET 钳位的存在,除非 SET 引脚悬空,否则电流可以流过 SET 引脚电阻到 GND,以及通过输出过冲恢复电路流过高达 15mA 到 GND。通过在 OUTS 和 SET 引脚之间放置一个肖特基二极管(阳极在 OUTS 引脚),可以显著减小通过输出过冲恢复电路的电流。
  • 点击次数: 1
    2026-02-04
    过载恢复与许多 IC 电源稳压器一样,LT3042 集成了安全工作区(SOA)保护。SOA 保护在输入-输出差分电压大于 12V 时激活。随着输入-输出差分电压的增加,SOA 保护会降低电流限制,并将内部功率晶体管保持在安全工作区域内,适用于所有输入-输出电压值,直至 LT3042 的绝对最大额定值。LT3042 为所有输入-输出差分电压值提供一定水平的输出电流。有关详细信息,请参阅典型性能特性部分的电流限制曲线。首次上电且输入电压上升时,输出跟随输入,保持输入-输出差分电压较低,以使稳压器能够提供大输出电流并启动进入高输出负载。然而,由于电流限制折返,在高输入电压下,如果输出电压较低且负载电流较高,可能会出现问题。这种情况发生在短路移除后,或输入电压已开启后 EN/UV 引脚被拉高。在这种情况下,负载线与输出电流特性曲线在两个点相交。稳压器现在有两个稳定的工作点。由于这种双重交叉,输入电源可能需要循环降至零并重新上电以使输出恢复。其他具有折返电流限制保护的线性稳压器(如 LT1965 和 LT1963A 等)也表现出这种现象,因此这并非 LT3042 独有。
  • 点击次数: 0
    2026-02-04
    PSRR 与输入电容对于利用 LT3042 作为开关转换器后级稳压的应用,直接在 LT3042 输入端放置电容会导致交流电流(在开关频率下)在 LT3042 附近流动。这种相对较高的高频开关电流产生磁场,耦合到 LT3042 的输出端,从而降低其有效 PSRR。虽然高度依赖于 PCB 设计,但开关前级稳压器、输入电容等因素导致的 PSRR 衰减在 1MHz 时很容易超过 30dB。即使将 LT3042 从电路板上拆下,这种衰减依然存在,因为它实际上降低了 PCB 板本身的 PSRR。虽然对于传统低 PSRR 的 LDO 可以忽略,但 LT3042 的超高 PSRR 需要仔细注意高阶寄生效应,以提取稳压器提供的全部性能。为减轻 LT3042 附近高频开关电流的流动,只要开关转换器的输出电容距离 LT3042 超过一英寸,就可以完全移除 LT3042 的输入电容。磁耦合随距离增加而迅速减小。然而,如果开关前级稳压器距离 LT3042 太远(保守估计超过几英寸),且没有输入电容,与任何稳压器一样,LT3042 的输入端将在寄生 LC 谐振频率处振荡。此外,通常非常常见(且是首选做法)的做法是用一定容值的电容旁路稳压器输入端。因此,此选项在其适用范围内相当有限,并非最理想的解决方案。为此,LTC 建议使用 LT3042 演示板(DC2246B)布局以实现最佳可能的 PSRR 性能。LT3042 演示板布局利用磁场抵消技术来防止这种高频电流流动引起的 PSRR 衰减——同时保留输入电容的使用。
  • 点击次数: 0
    2026-02-04
    稳定性与输出电容LT3042 需要输出电容来保证稳定性。鉴于其高带宽,LTC 建议使用低 ESR 和低 ESL 的陶瓷电容。为保证稳定性,需要最小 4.7μF 的输出电容,ESR 低于 50mΩ,ESL 低于 2nH。鉴于使用单个 4.7μF 陶瓷输出电容即可实现的高 PSRR 和低噪声性能,更大的输出电容值仅略微改善性能,因为稳压器带宽随输出电容增加而降低——因此,使用大于最小 4.7μF 的输出电容几乎没有收益。尽管如此,更大的输出电容值确实可以减小负载瞬态期间的峰值输出偏差。注意,用于去耦 LT3042 供电的各个元件的旁路电容会增加有效输出电容。需额外考虑所用陶瓷电容的类型。它们采用多种电介质制造,每种在温度和施加电压下具有不同的特性。最常用的电介质具有 EIA 温度特性代码 Z5U、Y5V、X5R 和 X7R。Z5U 和 Y5V 电介质适合在小封装中提供高电容值,但它们往往具有更强的电压和温度系数,如图 4 和图 5 所示。当用于 5V 稳压器时,16V 10μF Y5V 电容在工作温度范围内,在施加的直流偏置电压下,有效值可低至 1μF 至 2μF。X5R 和 X7R 电介质具有更稳定的特性,因此更适合 LT3042。X7R 电介质在温度范围内具有更好的稳定性,而 X5R 成本较低且可提供更 高容值。尽管如此,使用 X5R 和 X7R 电容时仍需谨慎。X5R 和 X7R 代码仅指定工作温度范围和温度引起的最大电容变化。虽然 X5R 和 X7R 因直流偏置引起的电容变化优于 Y5V 和 Z5U 电介质,但仍可能显著降低到不足水平。如图 6 所示,电容器的直流偏置特性往往随元件封装尺寸增大而改善,但强烈建议在工作电压下验证预期电容值。附图:
  • 点击次数: 0
    2026-02-04
    一、概述SGM2211 是一款采用 CMOS 技术设计的低噪声、高 PSRR、快速瞬态响应、低压差线性稳压器。它提供 500mA 输出电流能力。工作输入电压范围为 2.7V 至 20V。可调输出电压范围为 1.2V 至 (VIN - VDROP)。其他功能包括逻辑控制关断模式、短路电流限制和热关断保护。SGM2211 具有自动放电功能,可在禁用状态下快速放电 VOUT。SGM2211 采用绿色 TDFN-2×2-6AL 和 SOT-23-5 封装。它的工作温度范围为 -40℃ 至 +125℃。二、特征工作输入电压范围:2.7V 至 20V固定输出电压:1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、2.8V、3.0V、3.3V、3.8V、4.2V 和 5.0V可调输出:1.2V 至 (VIN - VDROP)(对于 TDFN 封装,输出电压可在初始固定输出电压之上调节)输出电流:500mA输出电压精度:25°C 时 ±1%低静态电流:43μA(典型值)低压差电压:500mA、VOUT = 5.0V 时为 360mV(典型值)低噪声:VOUT = 1.2V 时为 9.3μVRMSVOUT = 2.8V 时为 11μVRMSVOUT = 5.0V 时为 14μVRMS高 PSRR(VIN = VOUT(NOM) + 1V):1kHz 时为 100dB(典型值)10kHz 时为 83dB(典型值)100kHz 时为 52dB(典型值)1MHz 时为 55dB(典型值)电流限制和热保护优异的负载和电源瞬态响应带输出自动放电功能可采用小尺寸陶瓷电容稳定工作可编程软启动(仅 TDFN 封装)关断电源电流:1.2μA(典型值)VOUT VIN 时反向电流保护VOUT 对 GND 短路时折返电流限制保护可编程精密使能工作温度范围:-40°C 至 +125&...
热门分类
关于我们

───  公众号二维码  ───

兆亿微波商城微信公众号

兆亿微波商城www.rfz1.com是一个家一站式电子元器件采购平台,致力于为广大客户提供高质量、高性能的电子元器件产品。产品覆盖功放器件、射频开关、滤波器、混频器、功分器、耦合器、衰减器、电源芯片、电路板及射频电缆等多个领域,平台主营业务涵盖电子元器件现货销售、BOM配单及提供产品配套资料等,为客户提供一站式供应链采购服务。 

  • 品质 • 正品行货 购物无忧
  • 低价 • 普惠实价 帮您省钱
  • 速达 • 专业配送 按时按需
Copyright ©2020 - 2021 兆亿微波科技有限公司
X
1

QQ设置

    1
3

SKYPE 设置

4

阿里旺旺设置

5

电话号码管理

电话 电话 电话
010-62975458
    1
6

二维码管理

    1
返回顶部
展开