Giriş Impedance, Hassas Sistemlerde Eleştireldir

Her sensör, transdüser veya sinyal kaynağının içsel bir dürtüye sahip olması gerekir. Bu kaynağı bir yükselticiye bağlamanız durumunda, bazı mevcut akışlar yükselticinin giriş terminallerine göre yüksek çözünürlükte 10 puanlık bir artış gösterir.Eğer yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir ölçüm oluşturabilirsiniz.

Yüksek giriş, bu alanı neredeyse açık bir devre sunarak ele alır. Pratik olarak, yükseltici sadece fototoamps veya Femmtoamps of önyargılar çizer, bu yüzden kaynak uygun bir yük görür: JFET giriş aşamalarına dair artırılmış ve CMOS transistörlerle inşa edilenler.

JFET Operasyonel Amplifier: Architecture and Performance

JFET-input op-amps, şu anki akışları kontrol eden bir çift P-channel (veya bazen N-channel) kesişim alanı-son transistörleri, diferansiyel giriş çifti olarak devre dışı bırakmaktır. Kapı kanallı bir bağlantı noktası, birkaç resimli yerden birkaç resimli alana kadar uzanan bir dizi ters dönüşümdür.Çünkü kapı ters-bihraman sıcaklığında, DC girişi önyargısı, o klübünle karşılaştırıldığında daha düşük bir miktar yüksek çözünürlükte meydana gelir.

Gürültü ve Band genişlik Özellikleri

JFET transistörleri, gürültünün altında 10 Hz. Bölümdeki düşük yoğunlukta olduğu yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunur.

Sıcaklık Davranışı ve Bias Current

JFET akvuf-amps'in sık sık sık görünüşe göre, kontrol edilebilir bir şekilde, JFET akağı ile mevcut olan ısıtılmış bir artıştır. 5 pA'da 25°C'de belirtilen bir bölüm, +12C'ye kadar, 70.000C'ye karşı şu anki karşılaştırıldığında, şu sızıntı yolu, yüksek sıcaklık uygulamaları için bir CMOS yükselteçmiş olarak birçok cihazda birleştirici olarak azaltılmalıdır.

Popüler JFET Op-Amps ve Onların Kullanım Vakaları

TL071 ve TL081 gibi on yıllardır tasarımlar yaygın olarak kullanılıyor çünkü düşük maliyetle kabul edilebilir performans sunuyorlar.TheurFLT:0)TL071[FLT: 1) ve 10).[D[D)[D[Döneticileri değiştir] Örnekler için, yüksek çözünürlükte 4 boyutlu bir giriş için, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan 4 inçlik bir tıkış.

CMOS Operasyonel Amplifier: The Sub-Pico Frontieramp

CMOS op-amps, kaynağı tamamen izole edilmiş kapılarla çalıştırıyor. İşte küçük kapasiteli bir sensör veya pH elektrotını 100 MULL'yi aşabilecek bir dozda ölçebilecek olan açık uçlu bir sensör. Ancak, kapı yalıtımları da oldukça yüksek bir giriş kapasitesinden (genellikle 3-20 pF) rahatsız edici bir şekilde yüksek çözünürlükte bir şekilde kaynaklanabilir.

Zero-Drift ve Chopper Architectures

CMOS teknolojisi düşük maliyetli otomatik-zeroing ve chopper-stabilized tasarımları sağlar.Kullanımsız tasarımları.())OPA333) veya [[Dönetici:2)ADA4528-1[D[Döneticileri ve yakın-zero sıcaklık üzerinde dengeler sağlar, tüm giriş önyargılarını korumak için giriş noktalarına sürekli olarak doğru dengelemek için sürekli olarak doğrulanırlar.Bu, manuel kesme olmadan son derece yüksek DC hassastır.

Band Wide and Slew Rate Trade-offs

Tarihsel olarak, CMOS af-amps bant genişliğine kıyasla ve JFET veya bipolar meslektaşlarına kıyasla daha fazla oy verdi.Ancak, oda sıcaklığında belirgin bir şekilde olan bu boşluğu kapattı.(0)OPA376) şu anda, parasitik tahta kapasitesi ve bekçi halkaları için dikkat çekiyor - her bir giriş için daha az sayıdaki hassaslığa ihtiyaç duyan ciltler için.

Sağlam gerilim ve güç kaynakları

CMOS op-amps doğal olarak düşük gerilime uygundur, tek başına operasyon. Rail-to-rail giriş ve çıkış aşamaları yaygındır, yüksek ölçekli taşınabilir sistemlerde kullanımlarını kısıtlar.Bu, onları taşınabilir, batarya-güçlü sensörler için tercih eder. JFET op-amps genellikle daha yüksek bir oda gerektirir ve demiryolu-çi giriş yeteneği içerebilir, kullanımı derinden ölçeklenebilir portatif sistemlerde sınırlamak.

JFET vs CMOS: Bir Side-by-Side Bak

Her iki teknoloji yüksek giriş engeli sunar, ancak aralarındaki karar kaçınılmaz olarak daha fazla değişken parametreye dokunuyor. Aşağıdaki tablo tipik ticari parçalara dayanan pratik bir karşılaştırma sunar.

  • [FONT:0) Input Bias Şu anda 25°C'de: JFET: 1 pA'nın 50 pA'ya; CMOS: 1 fA'nın 100 fA'ya kadar.
  • [FONT:0]Bias Current Variation with Sıcaklık: JFET: Doubles kabaca her 10°C; CMOS: Far daha az sıcaklık duyarlı, ESD diyot sızıntısı tarafından hükmedildi.
  • [FONT:0)Voltage Gürültü (1 kHz): JFET: 3 nV/POSHz 15 nV/POSHz; CMOS: 7 nV/POSHz, 30 nV/POSMIM'ye kadar daha yüksek.
  • [FONT:0]Resset gerilim Drift:[Dönetici: μV/°C 10 μV /°C (trimmed); CMOS: Be <0.05 μV/°C, chopper stabilizasyon ile.
  • [FONT:0]Unity-Gain Band genişlik: JFET: Yüksek maliyette yüzlerce kompresyona kadar; CMOS: Tipik olarak daha düşük ama 5-20 MHz'de rekabetçi.
  • [FONT:0)Input Capacitance:[Dönetici: JFET: 2 pF to 15 pF; CMOS: 3 pF to 20 pF (eski, yüksek frekanslı devreler için sık problemli).
  • [FONT:0]Supply Current per Channel: JFET: 200 μA'nın birkaç mA'ya kadar; CMOS: 50 μA'da mükemmel performansla 10 μA olarak düşük olabilir.
  • [FONT:0] Hassasiyet Notunda Cost:[Dönetici: CUMHURBAŞI: Düşük başlangıç modelleri için yüksek çözünürlükte; CMOS: Düşük maliyet otomatik-zero hassas, ancak ultra-düşük önyargı modelleri premium taşıyabilir.

Kısacası, kritik ihtiyaç duyduğunuzda, geniş bir bant genişliği üzerinde 0,3'ün üzerindeki gürültü (DÜDÜD) ve bütçe primli bir kısıma sahip olabilir, JFET af-amps genellikle ilk seçim olur. Ifur-zero önyargısı mevcutsa, mikro volt dengeleri gider ve tek başına işlem) özellikle de sıcaklıkları dalgalanmak için -CMOS op-amps daha zorlayıcı hale gelir.

Yüksek Impedance Application Domains

Yüksek hacimli yükselteçlerin teorik avantajları sadece kaynak yetersiz olduğunda, sinyal seviyesi küçük veya her ikisi de vardır. Aşağıda gerçek dünya ticaretlerini gösteren beş büyük uygulama alanı vardır.

Fotodiode ve Ion Chamber Amplifiers

Fotodiodes, fotovoltaik modunda (zero önyargı) ışıka yanıt olarak nanoamp-düzeltme akımları üretir.Bu akımın gerilimine dönüştürdüğü, hemen hemen hemen sıfır girişinin diyotunda tutmaması gerekir.JFET:0.LMC662[Döneticileri) Ayrıca, karanlık akım hataları önlemek için gerekli olan düşük yanlıştırıcıyı gösterir.

pH, ISE ve Elektrokimyasal Sensörler

Standart bir pH elektrot, 1 GULL'yi aşabilecek bir kaynak sunuyor. 1 pA'nın şu anki yükseltici girdileri, bu kaynakta bulunan CMOS parçalarının alt-picoamp önyargısını kullanmak için standart bir hata sunuyor.[0][Dönder, ek olarak, yükselticinin giriş kapasitesi aracılığıyla statik şarj edilebilir[değiştir | kaynağı değiştir]

Piezoelektrik Hızölçerometreler ve Hydrophones

Piezoelektrik sensörleri, hız veya baskı için doğrudan orantılı olarak şarj eder. Bir JFET-input op-amp etrafında inşa edilen şarj amplitübünün etkisi, düşük projeksiyonlu bir kablo hattının girişini sağlayarak, böylece yüksek bir sinyal-to-noise oranını uzak uçsuz tutmak için sensörle entegre eder.For MEMS için bir JFET cihazı, düşük yüklemeli bir şekilde yüklemeli yüklemeli bir şekilde, böylece yüksek sinyal-to-noise oranını korur.

Capacitive Sensörler ve MEMS

Capacitive sensörleri - ekranları, baskı diyaframları ve nem sensörleri - bu durum hem frekans hem de ölçülmüş miktarlara göre değişir. alt-picoamp önyargılı ve düşük giriş kapasitesi için idealdir. yükseltici, sensör kapasitesinin (genellikle 1-20 pF) anlamlı olması gerekir; aksi takdirde ölçümsel değişiklikler.

Tıbbi Alet ve Biyopotansiyel Ölçmeler

ECG, EEG ve EMG elektrotları karmaşık, farklı bir dürtü sunar, bazen on kilo-davıl elektrotlar için sipariş edilir. Ancak, kapasitif-çiftli elektrolar veya mikro-nıklar kullanarak, son derece düşük güçle ilgili olarak, JF'nin performanslarında uzun süreli yıpranabilir olan JF'den gelen bir optik diskle birlikte yüksek girişleri birleştirir:

Guard Ring, Layout ve Leakage: Pratik Tasarım Kuralları

En iyi af-amp bile, bir sızıntı baskılı baskı kurulu için telafi edemez. Contaminants, flux kalıntıları ve nem, nanoamps veya piktlerin etrafındaki ince bir iletim yolu yaratır, sistemin giriş engelini etkili bir şekilde azaltır.

Koruma yüzüğü yüksek aksanmışlığı çevreleyen ve girişin izlerini ve muhafız yüzüğünün temiz tutulması gereken düşük bir kesintiye bağlanabilir.Bir birlik içinde, çıkış kaçakçıyı teşvik edebilir.

Devre kurullarında, hiçbir izolasyon mekanik standofflara ve konektörlere genişletilebilir.flo-i izolasyon standofflar veya hava-d bağlantıları bazen tek haneli femtoamp önyargılı akımlar gerektiğinde gereklidir. CMOS op-amps özellikle de gereksiz yere bir bölüm için, üreticinin verileri tablo numaraları, girişten geri dönmek için mükemmel bir şekilde temiz, nem kontrollü bir ortam varsayılır.

Sacrificing Impedance olmadan Giriş Koruma

Yüksek hacimli girişler, elektrostatik deşarj ve aşırı gerilime karşı doğal olarak hassastır. Tedarik raylarına basit bir diyot söndürücü darbesi mevcuttu - hemen hemen on resimoamps - bir CMOS amplifatörün amacını kazanmak.

  • [FONT:0) Büyük bir eğime karşı direnen bir dizi direnç: [DDÜDÜT:0) A 10 kULLY 100 kULL serisi, bir ESD olayı sırasında mevcut olan ve af-amp'in giriş kapasitesi düşük frekanslı bir filtre oluşturur.
  • [FONT:0)Bootstrapped diyot söndürücüler: Bir koruyucu geriliminden ziyade, diyotların arasındaki ters gerilim sıfırın yakınında kalır, elektriksel sızıntı ve pH metrede yaygındır.
  • [FONT:0]TVS dizileri pA sızıntı özellikleri ile:) Bazı geçici gerilim baskılayıcı dizileri özellikle yüksek eksenli düğümler için tasarlanmıştır, alt-nanoamp sızıntıları işletim gerilimlerinde sunar.
  • [FONT:0]Discrete JFET bir seri olarak:[Dön koruma için, bir JFET giriş ile seriye yerleştirilebilir ve sadece ölçüm sırasında ortaya çıkabilir; bu sızıntıyı ele alabilir, ancak yüksek gerilimleri idare edebilir.

Tasarımcılar ayrıca girişin hızlı geçiciler görebildiği artırılmış uygulamaları göz önünde bulundurmak zorunda kalabilirler, ekinler ve CMOS af-ampsiyonlar, girişin hızlı geçiciler görebildiğini varsaymalıdır.

Sağlama ve Gürültü Coupling

Yüksek hacimli düğümler, eğimli bir gürültü için antenler olarak hareket eder. Bir stray 1 nA of Beam Hz gürültü akımına 1 GULL kaynağı engelleyici bir V müdahalesi sinyaline neden olur - herhangi bir yükseltici ve düşük kapasiteli tedarik etmek için filtrelenebilir.

CMOS op-amp devrelerinde, çok düşük tedarik akımı, cihazı yüksek frekanslarda indirmeye zorlamaktadır.Releptör sinyali zincirine genellikle yük devretme gücü ile geri yükleme sağlar. JFET-amps için, özellikle de yükselticinin gücü-tüm reddedilme oranı (PSR) yüksek frekanslarda yuvarlanır.

Yüksek İmpedans Tasarımunuz için Doğru Op-Amp'yı seçin

Seçim süreci açık bir hata bütçesi ile başlar. Kaynak dürtüsü, istenen sinyal bant genişliği, kabul edilebilir dengeleme hatası ve gürültü zemini. Ardından aday parçaları aşağıdaki öncelikli liste kullanarak karşılaştırır:

  1. [FONT=0]Input önyargı akım[[Dönetici:0)[Dönetici:0)Input önyargı akım[Dönetici:0)[Dönetici: 1 nA’ya göre 1 GULL kaynağı için, bu, 100 pA'nın altında önyargının mevcut olması anlamına gelir, ancak yüksek sıcaklıkta marj CMOS'a doğru dengeyi engelleyebilir.
  2. [FONT=0]Voltage gürültü yoğunlukları [DDDDÜT:1], kaynağın sesinin sesini aşabilecek mevcut bir gürültüyü üreterek çarpıyor. JFET op-amps genellikle düşük frekanslarda kazanır, ancak son CMOS chopper yükselteçleri boşluğu kapatıyor.
  3. [FONT:0]Resset sürüklenme[Döncükler, DC doğrulukları kalibrasyon olmadan gerekli olduğunda kritiktir. CMOS sıfır-drift yükselteçleri yenmek zor, ancak JFET parçaları hala yazılım dengeleme düzeltmesini gerektiren bir yol sunar.
  4. [FONT:0)Supply voltaj ve quiescent current[Dönetici], arsa keskin bir şekilde batarya destekli uygulamalar için daralır. Tasarım aylarca bir cepten çalıştırılırsa CMOS seçin.
  5. [FONT=0]Input cleance[[Dönetici:0) Kaynak yetersizlik yüksek olduğunda ve istenen bant genişliği birkaç kilo alır.
  6. [FONT:0]Cost ve multi-channel entegrasyon: Birçok CMOS op-amps iyi bir eşleştirme ile, yönetim alanını azaltın, yüksek performanslı JFET duals ve kuds kullanılabilir ancak daha yüksek fiyat noktasında.

Gerçek koşullarda değerlendirme önemlidir. Çıplak göz için görünmez olan ince film kalıntıları, parasitik kapasitans ve panjur içeren tam devreyi bile içeren bir SPICE modeliyle toplayabilirsiniz.In completely conditions remains. and measure the real sızıntı with the fine-filmzu removed, you can verify to the board- level performance matches the datasheet. Simulate the complete circuit with a SPICE model that contains parasitic cleance and boarding the boarding ne kadar erken yakalamak için.

Future: Hybrid and Advanced CMOS

Teknoloji düğümleri küçülmeye devam ediyor ve hem dünyaların en iyilerini sunmak için kullanılan hibrit yaklaşımlar: CMOS güç tasarrufu ve çip-ölgeler üzerinde inşa edilen CMOS amplitüdünün (SOI) süreçleri, mevcut olan ısı değiştiricileri 200 °C'ye kadar uzatırken bile daha düşük tutuyor.

JFET ve CMOS operasyonel yükselteçleri her bir yüksek çözünürlükte bir niş dışarı çıkarır.Spektif cihaz fiziğini anlamak, düşük hacimli bant genişliği ve düşük gerilim gürültüsünün önemli olduğu uygulamaları kullanmaya devam eder, CMOS af-ampsiyonları her bir basamakta küçük bir önyargıyı ve mikro volt DC hassaslığı korumak için her zaman gerekli değildir.