Hassas Analog Tasarım Burada Başlıyor

Bir ölçüm sistemi mikrovolta düzeyinde sinyalleri çözmeli veya mevcutları femtoampere aralığında algılamalı, operasyonel yükselteçin giriş önyargısı genellikle mevcut olan baskı kaynaklarına dönüşür. Tıbbi enstrümantasyon, kromatografi, termo çift yükselteçleri ve yarı iletken parametrik analizörleri tüm bu limite karşı çalışır.

Giriş Bias Current

Giriş akımları (I)B), işletim noktasının giriş noktalarına veya eksperatif metal-hidrojenlere giriş aşamalarına karşı yükseltilen temel akımlar, kutuplu giriş aşamalarından kaynaklanmış olan, bu akım, elektrostatiksel koruma noktaların ve optik komplikeli (JFET) veya optik komplikeli (CMOS) giriş aşamalarından kaynaklanmış olan yüksek çözünürlükte belirtilenler ile sabitlenir.

Eleştirel bir nuance şu anda giriş noktası tek bir değer değil, bir dağıtım: Gerçek bir af-ampiyonun iki girişi biraz farklı akımlar çizmektedir.Bu akımların ortalaması şu anki giriş noktası: I)[D[D[D][D[Dönemli:2|Dönemli)[Dönemli bir hata[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli bir gerilimler[Dönemli) / 2.

Datasheets, belirli koşullar altında önyargıyı belirtir - genellikle 25°C'de tanımlanmış bir ortak mod gerilimi ile - ancak gerçek değer sıcaklık, tedarik gerilimi ve yaşlanma ile sürüklenir. bipolar yükselteçler için, önyargılar yüksek (nanoamps mikroamps) olarak yükseltilebilir, ancak bu sıcaklık bağımlısı özellikleriyle birlikte yapılır.

Bipolar, JFET ve CMOS Giriş Aşamaları: Ticaret-offs

Giriş aşaması teknolojisi sadece I'nin büyüklüğü değil[DDD:0)B) aynı zamanda sıcaklık, ortak mod gerilimi ve tedarik gerilimi ile davranışı da belirler.

[FONT:0]Bipolar giriş aşamalarına [Döneticileri 1 °D[Döneticileri) sahip olmak, bazı süper-beta tasarımlarına ulaşmak için 10 nA aralığında, önyargılı akışlar için uygun hale getirmek, ancak mevcut 10 nA aralığındaki önyargıları ortadan kaldırmak için uygun hale getirmek, ve giriş engeli, girişleri sınırlı olacaktır.

[FONTNT:0]JFET girişleri[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜSÜDÜSÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN

[FONT:0]CMOS girişleri [[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN

Mevcut akım - iki giriş önyargı akımları arasındaki fark - genellikle göz ardı edilebilir ama ortalama önyargı akımlarından daha zararlı olabilir. bipolar yükselteçlerde, mevcut dengenin% 10-20'si (%)B ve) nispeten istikrarlı olan devreler için, şu anda iki girişin eşitsiz olduğu tespit edilen devreler için, mevcut bir hatanın bir kesintiye uğraması, aynı zamanda yüksek sıcaklıklarda büyük bir yüzde 10 olabilir.

Bias Current Degrads Ölçümü Doğrul Nasıl Girilir

Temel hata mekanizması basittir: bir önyargı akımı olduğunda )B) bir dürtü ile akışlar )[Döneticileri ile birlikte, bu gerilim doğrudan faiz oranına eklenir veya 10 MULLI’nin altında bir sensör oluşturabilir.

Mevcut önyargının etkisi statik bir DC dengelemenin ötesine uzanır. Her geri bildirim ve giriş ağında direnç ve girdi ağıyla etkileşime girer, termal (Johnson) gürültüyü yaratır ve gürültüyü vurabilir ve zaman ve sıcaklıkla sürükler ve kapasitif sensörleri karşılayabilir.

Bias Current in Common Circuit Topologys

Popüler yükselteç konfigürasyonlarında önyargının nasıl ortaya çıktığını anlamak, tasarımcıların tahmin edilmesine ve hataları en aza indirmesine yardımcı olur. Üç temel gerilim yükseltici topolojiyi düşünün:

  • [FONT=0]Non-inverting yükseltici:[Dönder:)[Dönderlik:0)[Dönderlik:0)[Dönderlik:))))[Döneticileri, doğruyu kullanarak doğruyu gösteren bir gerilim (Dönder) ve diğer taraftan, doğruyu gösteren bir girişin sağ tarafının soluna karşı çıkan bir baskıya karşı çıkan bir baskıya karşı çıkan bir hataya karşı, ancak bu ikiyüzlülükteki baskıya karşı, bir hataya karşı çıkana karşı çıkan bir uyarıya karşı,
  • [FONT:0)Inverting yükseltici:[Dönlendirme):[Dönlendirme olmayan giriş genellikle zemine eşit bir şekilde yol açar; bu nedenle önyargılı bir gerilim düşük mesafeden (Döntme) düşer.[Dönetici)[Dönderlik[Dönderlik)[Dönder)[Döndergiden gelen bir sanal zemindir.
  • [FONT:0]Differential amplifikatör ve enstrümantasyon yükselticisi:[Dönetici:0) Bu devrelerde, iki giriş yolu genellikle farklı kaynak dürtüleri vardır.Aktifamp'ın dengelemesi şu anda sıfır olsa bile, eşitsiz kaynak direnci, o zaman AD8221 adresi gibi normal bir yükselteç yükseltici yükseltici yükselticiler tarafından kullanılan ve neden tek başına eşleşen bir "biyöneticileri" işaret eder.

Kaynak Impedance ile Interaction

Yüksek Thevenin direnci ile herhangi bir sensör veya sinyal kaynağı hemen savunmasızdır. Piezoelektrik transducers, pH probları, fotovoltaik modunda fotodiodes, kapasitive nem sensörleri ve hatta uzun kabloların tam ölçekli çıkışı onlarca sunabilir. Örneğin, 100 MULL internal direniş ile yüksek hacimli bir jant sensörü ve 1 nA önyargılı bir şekilde ortadan kaldırılabilir - birçok akanometrenin tam ölçekli çıkışının tamamını azaltılabilir - mevcuttu.

Capacitive kaynaklar farklı bir meydan okuma sunuyor.Eğer önyargı akımı zemine doğru DC yol yoksa, önyargılı bir direnç için DC yol açma mekanizmasına neden olur.Rektör değer seçimi bir ticarete kadar sürüklenme: yüksek direnç, gerilimin eğimli sensörler için neden hassas yükselticiler (örneğin, şarj yükseltici yükseltici yükselticiler) geçiciler için zaman gerektirir.

Sıcaklık ve Bias Current Driftt

Bipolar giriş önyargısı genellikle verilen bir cihaz için sıcaklıkla azalır, ancak FET ve CMOS yükselteçlerinde, kapı sızıntı mevcut olan GÜNÜS:0) Kombinasyonlar) sıcaklıkla üstlenir. 10 fA'da 25°C'de belirtilen bir CMOS aparatlama verileri veya uygulama notu, 85°C'de 10 pA'ya yükselebilir - şu anda yüksek frekanslı artışlar için [Düşük sıcaklık aralıkları üzerinde çalışır, bu sürüklenmeler genellikle sıcaklık davranışına bağlı olarak değişebilir.

Mevcut kutupsal sıcaklık katsayısı nadiren veri tablolarında belirtilmektedir, ancak en kötü durum değerleri en yüksek belirtilmiş I)B) 25°C'de ve maksimum işletim sıcaklığında belirgin bir şekilde azalır.Bu tahminler, gerçek karakterizasyon için her 10°C'ye kadar yan yanar.

Gürültü Bias Current

Uzak DC hatalarının ötesinde, giriş önyargısı şu anda genişban ve düşük frekanslı gürültüyü ortaya koyar.(+02 × 10)[Dönetici = 1 Ø = 0[D) Bu, 0+2 [Düzücükler için [Döneticileri değiştir] ile ilişkili olan ses teli (=D) ile bir bağlantıya dönüştürülür.

Düşük frekanslarda, birçok CMOS yükselteçleri, 1/f gürültüyü önyargılı akımdaki 1/f gürültüyü sergileyebilir, bu da yüksek sinyal-to-noise oranlarının 100 Hz. Chopper-stabilized amplifikatörler veya hassas DC ölçümler gibi düşük frekanslarda artış göstermesi için önemlidir.

Vaka Çalışması: Fotodiode Transimpedance Amplifier

Klasik bir örnek, fotodiode'nun 10 nA'nın mevcuttuğunu, uzun yıllar boyunca doğrusal olmayan bir hatayı temsil etmesi için kullanılan transimpedans yükselteçidir.Exp>Exp>SQA, 10 nA'nın mevcuttu.[0], mevcut hatanın birkaç yanlış anlamanın gerekli olduğu bir giriş noktası, mevcut hataların en az on yıl boyunca görüntüleyicileri ile aynı şekilde performans gösterir.

Bir fotodiode TIA, önyargı akımları geri bildirimle etkileşime girerler, I)B) × R)) Para[DDDDD geri bildirimde daha büyük olur (düşük bir geri bildirimde bulunulabilir ve 10 pD)[Düzüğün altından 100 $ μV’ye kadar bir ticarete veya daha düşük ışık uygulamaları kullanarak, ancak fotoğrafta eleştirel bir şekilde kullanılabilir.

Vaka Çalışması: Yüksek Impedance pH Probe Amplifier

PH probes, yaklaşık 2 pH biriminin pH'ı değiştirmesi için 100 mV'ye bağlı olarak 1 nA'nın 100 MULL'lik bir numaralı mevcuttu (0.017 pH hatası) ile ilgili olarak, yaklaşık 2 pH ünitesine kadar (her pH ünitesinin 25°C'de yaklaşık 59 mV'ye karşılık gelen) bir yan yana yaklaşık 1 mV'ye karşılık gelen bir yan yanarağın 1 mV'ye kadar) bir miktar endüstriyel uygulamalar için kabul edilebilir olması nedeniyle, bu nedenle pH metrenin sadece JFET veya CMOS'u kullanmasıdır.

pH Prodüksiyonunun yüksek dürtüleri de, giriş bağlantıları için son derece hassas bir devre haline getirir.Yüksek kaliteli metrelerde, nez, ne de toz, yükselticinin kendi önyargısını aşacak sızıntı yollarını oluşturabilir.Görüntü ve sızıntıları kullanarak çalışırsa, yüksek kaliteli metrede standart uygulamalardır.Bazı tasarımları bir kapasitif süzge programı içerir.

Vaka Çalışması: Capacitive Sensörler için Şarjlendiriciler

Piezoelektrik hızlayıcılar, hidrofonlar ve dinamik güç sensörleri, şarj cihazı ile bir gerilime dönüştürülmelidir.[Dönetici:0) Bu yüksek çözünürlükte (Dönetici) ve yükselteçli)[Döneticiler için yüksek çözünürlükte (Dönetici) ile yüksek çözünürlükte (Dönetici)

Bias Current Effects'ı Minik Etmeye Stratejiler

Mitigating input önyargı akım hataları çok katmanlı bir yaklaşımla, devre topoloji, PCB düzeni ve çevresel kontrol gerektirir. Aşağıdaki stratejiler yüksek çözünürlükte kanıtlanmıştır.

Low-Bias-Current Operasyonel Amplifiers

En doğrudan yol, en zorlu uygulamalarla bir yükselteç seçmektir. JFET-input ve CMOS-input op-amps genellikle en yüksek işletim sıcaklığına göre, I) Oda sıcaklığında bazı yönlerden gelen cihazlara bakın.[Döneticileri ve benB][/FONT)

Veri tablolarını değerlendirildiğinde, tipik sayılardan öteye bakın. Tipik I)B), 1 pA'nın 25°C ve 100 pA'nın 85°C'de en kötü durumdaki hata bütçelerinin bu aşırılıkta yer almasının önüne geçebilir.[Dönetici:2) Ayrıca, uzun vadeli stabiliteyi göz önünde bulundurmaktadır.

Ağlayın, Shielding ve Leakage Önleme

Femmfloampere seviyelerinde, PCB iz sızıntı kolayca yükseltilebilir. Moisture, toz ve flux kalıntıları, yakındaki güç veya sinyal izlerinin girişinden yüksek hacimli yollar yaratır. Bir bekçi yüzüğü - giriş olarak aynı gerilimi geçebilir, yüksek hacimli bir birlik için baskılı bir şekilde baskı yapar - mevcut sızıntı tasarımları için gerekli olan gerilim farkları ortadan kaldırır.

Geminin ötesinde, tüm sinyal yolunu düşünün. Lines, Filtreli -ikantlı olmalıdır ve herhangi bir kablolar düşük gecikmeli, kalkanlanmış ve bazen koruyucu kaplama veya hismetici mühürleme yoluyla kontrol edilir.

Impedance Seen'ı Girerek Girin

Sensörin kendisi değiştirilemezse, devre topoloji bazen kaynaktan alınan etkili kaynağı azaltabilir. Örneğin, bir tampon amplifikatörü kullanarak, sensöre yakın bulunan düşük yanlı bir sinyale en aza indirmek için aşağıdaki adımları atabilir.Cintrapping, mevcut bir şarj yapılandırmayı kullanarak, bir sanal girişin yanmasına engelleyici olarak azaltılabilir.

Dirençli geri bildirim ağları, gerilimin mevcut olduğu zarardan düşmesi için daha düşük direnç değerleri tercih eder. Transimpedans yükselticisi için, daha küçük bir geri bildirim direnci daha az çıktı dengeleme anlamına gelir, ancak daha düşük bir güç elde edebilir. A T-network, yüksek bir önyargıya sahip olabilir, ancak şu anda düşük olan bir yükseltici ile birlikte, 100 MULL geri bildirimin geri kalanının yüzde 10'u geri yüklemesi gerekir.

Bias Current Cancellation and Compensation

O zaman, bazı bipolar tasarımlar, net önyargıyı düşük seviyelere indiren aktif önyargılı devreleri çalıştırıyor. Ancak, bu şemalar genellikle "şu anki tazminat" olarak adlandırılan mevcut geri dönüşler için geri yükleme işlemine yardımcı oluyor. Örneğin, bir geri bildirim tekniğini birleştirin ve geri bildirim alma noktalarına eşitlemez.

Mevcut olan devreler ve istikrarlı olduğu için, ayrı bir dijital-analog dönüştürücü (DAC) büyük bir dirençle telafi etmek için mevcut olan küçük bir enjeksiyon, otomatik test ekipman ve hassas kalibrasyon sistemlerinde yaygın olarak, zaman ve sıcaklıktan uzaklaşmak için mevcut tazminatı ayarlayabilir.

Chopper ve Auto-Zero Amplifiers

Chopper-stabilized ve oto-zero yükselteçleri neredeyse giriş dengeleme ve flicker gürültüsünü ortadan kaldırır, ancak önyargıları sıfır değildir. giriş geçişi, mevcut bir chopper tasarımları ile bunu en iyi şekilde ortaya çıkarabilir. Modern chopper tasarımları, gelişmiş tazminatlar sayesinde, ve bazı alt-picoampere önyargılı aileler, yüksek çözünürlükte hassas uygulamalar için uygulanabilir hale getirmek için mümkün değildir.

Sıcaklık Stabilizasyon ve Kalibrasyon

Uygulama mevcut sürüklenmelerden kaçınamazsa, yerel sıcaklığı kontrol etmeyi veya bellekte sürüklenme işlemini kontrol etmeyi düşünün.In the developer software to apply a correct approach to maintain the correct negative current against temperature data. Bu, sadece sürüklenme süresiz ve sistem yüksek çözünürlük yapmadan önce iç sıcaklık ölçümlerini stabilize etmek için sıcak bir süre gerektirir.

Üretim ortamlarında, birden fazla sıcaklıkta kalibrasyon her birim için önyargıyı karakterize edebilir. Bu veriler, sahada doğru ölçümler için depolanır ve bu yaklaşım yüksek uç multimeters ve kaynak-measure birimlerinde yaygındır (SMU) geniş bir sıcaklık aralığı üzerinde doğru tutmalıdır.

Low-Bias-Current Devreleri için Pratik Tasarım Kılavuzları

Sürekli olarak düşük-biyalı performans elde etmek için, yapılandırılmış bir tasarım akışı takip edin:

  • [FONT:0) Hata bütçesini doğrulayın:[Dönetici: 0,0) Tüm kaynaklardan gelen en yüksek olasılık ve mevcut hatayı tespit edin. Bütçenin bir kısmını mevcut hataya ayır, en kötü durum sıcaklık ve yaşlanmayı düşünün.
  • [FONT:0) T)'e dayanan yükselteçleri seçin.A,MAX)[Dönetici: 3) Oda sıcaklık tipik değerlerine güvenmeyin.En yüksek beklenen ortamdaki en yüksek önyargıyı tespit edin ve elde edilen hatanın bütçeye uygun olmadığını doğrulayın.[D).
  • [FONT:0) Tüm parasitik yollar dahil devreyi modeller: Simulate veya analitik olarak gerçek üstolojideki hata katkılarını hesaplamak için kaynak kontenjanı ekleyin ve mevcut dengeyi hesaplamak için Monte Carlo analizini kullanın.
  • [FONT:0] Sağlam bir PCB düzeni uygularım: Yüksek yüzeyli dayanıklı veya seramik substratlar için yüksek hacimli bir yığınla onu düşük hıza sahip bir uyarı (örneğin yüksek frekanslı sinyalleri veya büyük gerilim hızlarını azaltır.
  • [FONT:0)Prototip ve ölçüm: [Dönetici: [Dönetici:0]İyi simülasyonla bile, parasitics ve konteynasyon performansları azaltılabilir. Test kurulu, verileri tam olarak doğrulanmış önyargı ile temizlenir, alkol ve kesintiye uğramış su ilerlenir ve mevcut olan yüksek değerli bir dirençle veya bütünleme ile dolaylı olarak algılanır.
  • [FONT:0]Çevre kontrollerini düşünün: [Dönetici: 1) Üretimde, uygun kaplamayı uygulayın, devreyi kapat ve muhtemelen nem çıkarmak için bir desiccant veya ısıtıcı içerir. Alanda çalıştırılan cihazlar için, çevresel sınırların ürün belgesinde açıkça belirtilmesi.
  • [FONT:0) Ticaretten Çıkarma:[[Dönetici: 0) Low-bias-current op-amps genellikle yüksek gerilim gürültüsüne, daha düşük bant genişliğine sahip veya azaltıcı bir hıza sahip olabilir. Örneğin, 10 fA önyargılı bir CMOS amplifikasyonun sadece 1 MHz'in bir kazanç bant genişliğine sahip olabilir, yüksek hızlı veri alımı için uygun olmayan bir şekilde kullanılabilir.

Lab'da Giriş Bias Current'ı Ölçmek

Bir araya getirilen gerçek önyargıyı kullanarak, tasarım sürecinde önemli bir adımdır. Ortak bir yöntem “kamp testi”dir: bir birlik içinde amplitüd yapılandırması ile bilinen bir kapasitance C ile giriş node, sağımdaki bir DC yolu yoktur.Döntücü gerilimi hıza kadar arsaya kadar arsayabilir.[D)[Dönetici:0))[Dönetici/C)

Başka bir teknik, yüksek değerli bir dirençli (örneğin, 10 GULL) giriş ile seride kullanır. Dirençli bağlantıdaki gerilim azalır ve speratif bir ortamda kalır. [D:0)B[FLT][D][D][/FONT=0) Ohm yasasında hesaplanır.Bu ölçümler dışsal sızıntıdan kaçınmak için aşırı bakım gerektirir.Test fikstürleri kullanmak ve filtreli, temiz bir ortamda saklanmalıdır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Giriş önyargısı şu anda sessiz ama en dikkatli şekilde hazırlanmış ölçüm sistemi bile hassaslığı yanlış anlamak için güçlü bir güçtir. Etkiler, kaynak yetersiz, sıcaklık ve PCB sızıntı ile karmaşık etkileşimleri karmaşık bir şekilde genişletebilir. Her femtoampere kontrol ederek, ölçümünü belirli bir şekilde üst düzeye çıkarır ve herhangi bir analogun fiziksel fenomenin bir kombinasyonunu uygular - herhangi bir mükemmelliğe değer verebilir.