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准确信号途径使用中的新式技能

精确性是对各种直流和交流参数的总体要求(例如低噪声、低失调电压、低输入偏置电流及其他应用相关参数),针对各类广泛的精确应用,美国国家半导体对此类要求进行了优化,对多款运算放大器进行三种温度的测试,以确

现代运用中运算扩大器的主要特征

准确性是对各种直流和沟通参数的全体要求(例如低噪声、低失调电压、低输入偏置电流及其他运用相关参数),针对各类广泛的准确运用,美国国家半导体对此类要求进行了优化,对多款运算扩大器进行三种温度的测验,以确保契合产品规格。

车用准确运算扩大器:轿车运用(如碰撞检测、有源消声和柴油喷发等电机操控)需求在高电压电源规模下具有低失调电压、低输入偏置电流和低失调电压漂移。美国国家半导体可供给更多契合AEC-Q100的器材。还具有仅有一款经过温度功能测验的电流感应运算扩大器。美国国家半导体供给的最新解决方案使轿车运用愈加高效、安全和环保。

工业用准确运算扩大器:工业运用(如感应和检测、称重衡器、压力监控和电机操控)需求可调增益和低增益差错。美国国家半导体准确扩大器具有的牢靠性、功率和低功耗是其满意工业需求的要害因素。

消费电子运用/便携式准确运算扩大器:消费电子运用(如笔记本电脑、蓝牙耳机和便携式媒体播放器)要求低功耗。EMI硬化扩大器能够避免移动电话及其他无线设备遭到搅扰,一起确保准确的操作。运用美国国家半导体的PowerWise产品后,能够改进消费电子和便携式电子设备的声响、显现和成效。

医用准确运算扩大器:医疗运用(如血压计、透析机和便携式医疗仪器)需求具有低噪声、低失调电压、高共模按捺比(CMRR)和轨对轨输入/输出的特色。美国国家半导体的高功能精准产品为准确、牢靠的医疗运用供给了最新解决方案。

仪器用准确运算扩大器:仪器运用(如数据收集、数字存储示波器和频谱分析仪)要求低失调电压、高共模按捺比(CMRR)和高电源按捺比(PSRR)以及高转化速度。美国国家半导体为计量运用供给了契合各种仪器规范的多款扩大器产品,例如静电计扩大器、跨阻电路扩大器、斩波扩大器和主动调零扩大器。

新式技能和趋势

美国国家半导体的新式零漂移扩大器克服了噪声妨碍。突破性噪声成形技能为主动调零扩大器拓宽了新的传感器接口运用规模。

新式零漂移运算扩大器供给了业界最低的输入电压噪声(增益为1000V/V时噪声为11nV/sqrt Hz)和高直流准确度,适合于在低频率、低电源电压下作业的传感器接口运用。运用这些新器材,零漂移扩大器的功能长处使其初次可用于要求高增益和噪声低于15nV/sqrt Hz的运用。

凭仗接连校对电路的突破性噪声成形技能,这款运算扩大器对输入失调电压差错主动调零。这完成了长期和各种温度条件下的不间断准确性,并具有高共模按捺比(CMRR)和高电源按捺比(PSRR)。例如,由于小振幅输入信号在高增益条件下被扩大,运算扩大器的输入电压噪声从100V/V增益时测得的典型值15nV/sqrt Hz下降到1000V/V增益时的11nV/sqrt Hz。此外,这些运算扩大器消除了低频运用中晦气的1/f电压差错组件。

LMP2021/22具有集成的电磁搅扰(EMI)按捺滤波器,并参加最新开发的LMV83x、LMV85x和LMV86x EMI硬化运算扩大器系列。LMP2021/22供给79dB的电磁搅扰按捺比(EMIRR),然后削减外部电源的射频(RF)搅扰。

低频下的输入电压噪声成为传感器运用的重要参数。EMI辐射是准确运用中日益突出的问题。运用5MHz带宽的LMP2021有助于低频下的高增益运用,一起不发生噪声脉冲或1/f组件发生的噪声。

低TCVos、低输入电压噪声和带宽组合拓宽了新运用,改进了现有斩波安稳扩大器带宽缺乏的情况。

以下的比如是信号调理压力传感器的一个典型解决方案。

压力传感器、压力变换器和压力传送器用于丈量气压和液压。美国国家半导体用于监控表压力、肯定压力、差动压力和真空压力运用的信号调理解决方案,一般作为压力、流体、液位、高度压力和气压体系的一部分。

该信号调理解决方案适用于多种压力传感器技能,包含硅压阻或MEMS(微机电体系)、应变计、堆积应变计机械偏转或振荡元件。

电源电压的振荡与测得的力(电压)密不可分。许多桥式传感器全标度输出是10mV或更低,因而装备在长期和各种温度条件下安稳的运算扩大器缓冲器十分重要。离散仪器扩大器一般用于完成桥式传感器特有的增益设置。许多桥式传感器中运用的ADC能够具有1.8V、3V、2.5V或其他参阅电压。因而,仪器扩大器的增益设置纷歧定是固定的。

图1显现的扩大器构成准确仪器扩大器,用于在宽温度规模和信号规模中准确丈量信号。

运算扩大器的商场趋势

美国国家半导体专心于高功能扩大器和比较器,供给齐备的运算扩大器产品线,以满意高速、准确、低电压和低功率商场的需求。长久以来,美国国家半导体一向是扩大器行业规范的缔造者,高档VIP10双极和VIP50 BiCMOS产品的发布更连续了这一趋势。

“准确”的界说:准确扩大器是最大失调电压小于1mV OT的产品(官方界说);准确扩大器是最大失调电压小于0.5mV OT,并倾向于小于0.2mV OT的产品(真实界说)。低失调电压关于树立高精度信号十分重要,尤其是关于小信号而言。除了低失调电压以外,“准确”还意味着:高CMRR(>110dB)、低Ibias(1pA)、高开环增益(>110dB)、低1/f噪声、低漂移(TCVos)。

在LMP2021/LMP2022的运用实例中,其主要方针是在低频率、低Vos和低TCVos、5MHz GBW下具有低噪声。在高增益运用中具有高有用带宽。高有用带宽意味着更小的信号振幅差错。下表显现了所需振幅精度相关的有用带宽。

高带宽的意图是添加高增益运用中的有用带宽。许多准确运用需求大于1的增益。在许多情况下,传感器输出信号在10s毫伏级,需求能支撑ADC的扩大作用。跟着增益装备的增大,有用带宽削减,然后满意增益带宽乘积的频率值。经过供给5MHz的宽单位增益带宽,LMP2021在更高闭环增益中完成更佳的精度,并取得更高的位分辨率。

LMP2021具有5MHz@5V的增益带宽乘积,在体系信号频率为80Hz或更低时可支撑18位准确度。这将满意许多近直流运用,如称重衡器及其他低电阻传感器运用。

在各种条件下完成准确性

各种运用一向需求更准确的丈量和检测。不仅在初期需求更高的准确性,还应在长期和各种温度条件下坚持高准确性。这有必要经过现代体系的功能/功率要求来完成。跟着技能的前进,容许差错将逐渐减小。但校准操作并不简洁,而在当今更须花费本钱和时刻。方针是规划在更长期和更大温度规模内坚持高精度的体系。

美国国家半导体对传感和检测体系界说了多个准确度等级。准确度规模从1到4,将在以下的表3中胪陈。

等级2和等级4产品继续校对某些差错,并在生命周期内自行校对漂移。等级2产品仅继续校对电子设备内的差错,但不补偿传感器内发生的漂移。等级4产品补偿传感器内的差错,由于传感器是全体体系的组成部分。

动态失谐和增益校对需求能够迫使传感器输入信号为零等级和一个或多个参阅等级。这仅在某些运用程序中能够完成,因而很难树立等级4体系。

最佳扩大器的挑选准则

扩大器技能的挑选在很大程度上取决于体系运用和指定的参数,例如运算扩大器输入级的电压规模、运用能够承受的最大输入偏置电流值、运用信号频率规模以及可承受的各温度条件下失调漂移规模和各时刻阶段的漂移。图1中的典范显现了桥式传感器接口。在此运用中,需求具有低漂移和电压噪声运算扩大器支撑准确的信号扩大。LMP2021的先进技能和部件内电路能主动校对失谐和增益漂移等差错,十分适合于此类运用。LMP2021被划分为等级2构建块产品。曩昔一向运用无内部修整或校对设备的部件,例如一般运算扩大器、低噪声运算扩大器和低漂移运算扩大器。在运用这些部件的电路中,有必要经过外部组件完成增益和失调电压操控,例如修整电位计或批改电阻器。但经过%&&&&&%的修整才能能够完成更高的准确度。

另一个要害参数是最大输入偏置电流值。以LMP2021为例,其长处是能供给低偏置电流的CMOS输入。经过LMP2021能够完成传感器内具有高串联电阻的运用,且无需传感器负载。如:偏置电流(3pA)发生的传感器阻抗(例如10兆欧姆)电压降是30uV。

EMI是准确运用中日益突出的问题。称重衡器中的注入射频信号或许发生高达1V的输出失调电压,然后导致在无滤波的情况下使ADC的ENOB(有用位数)减小。

此外,能够运用单一电源最大极限增大模数转化器(ADC)的动态规模。出于节约本钱的考虑,许多体系只运用单一电源供电。美国国家半导体的准确负偏置发生器(LM7705)结合运用扩大器后,能为负轨供给真实的零电压摆幅,完成真实的轨对轨才能。此前输出都存在失真。LM7705发生-0.230V输出电压。关于运算扩大器,能够经过将LM7705输出接地或连接到运算扩大器的负电压针脚完成零电压输出。现在,LMP2021/22的输出能够传输到地上到达最高4.917V(选用5V体系)。

单路LMP2021和双路LMP2022是零漂移、低噪声、EMI硬化的运算扩大器,每摄氏度只要0.004uV的输入失调电压漂移(TCVos),典型Vos为0.4uV。两种设备都在2.2V到5.5V的电源电压规模内作业,供给5MHz的增益带宽(GBW),每通道仅耗费1.1mA电流。LMP2021/22运算扩大器供给160dB开环增益(AVOL),超越139dB CMRR和130dB PSRR的功能。两种设备均能够在-40摄氏度到125摄氏度的扩展温度规模内作业。

发布者:小宇

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