LT1167: täppis, odav ja väikese võimsusega instrumentide võimendi nõuab ühe võimendusega takistit

Sissejuhatus LT1167 on järgmise põlvkonna mõõteriistade võimendi, mis on loodud asendama eelmise põlvkonna monoliitseid instrumentaalvõimendeid, aga ka diskreetseid mitme opvõimendi lahendusi. Mõõteriistade võimendid erinevad operatiivvõimenditest selle poolest, et nad suudavad võimendada sisendsignaale, mis ei ole maandatud. Mõõteriistade võimendi väljund on viidatud välisele pingele, mis on sisendist sõltumatu. Vastupidi, operatsioonivõimendi väljundpinge on selle tagasiside olemuse tõttu viidatud diferentsiaal- ja ühisrežiimi sisendpingele. Eraldi maandusreferents ja LT1167 mõõteriistade võimendi kõrge CMRR vähendavad sisendi ühisrežiimi pinge mõju väljundsignaalile. Operatsioonivõimendi ja enamiku instrumentaalvõimendite suletud ahela võimendus määratakse takisti suhtega; LT1167 võimendus määratakse ühe välise takisti absoluutväärtusega. Võimendusviga sõltub ühe välise takisti ja LT1167 sisemiste, laseriga kärbitud takistite väärtusest, mis on kärbitud paremaks kui 0.1%. Kui võimendus on seadistatud, jääb see eeldatavasti konstantseks, kui väljundpinge või väljundvool muutub. Kõik muutused võimenduses väljundi kõikumisega kuvatakse võimenduse mittelineaarsusena. Sellised parameetrid nagu võimenduse viga, pinge nihe ja CMRR on kärpimise funktsioon. Kasvu mittelineaarsust ei saa kärpida; see on hoolika disaini ja stantsi paigutuse funktsioon. Ühise tsentroidi geomeetria ja isotermilise paigutuse kasutamine tühistab stantsi pingest ja termilistest gradientidest tulenevad vead. Kui seda õigesti ei tehta, ei paranda kogu maailmas tehtav kärpimine jõudlust. Sisendkaitse Instrumentide võimendid peavad vaenulikus keskkonnas ellu jääma. LT1167 ei pea mitte ainult taluma ESD-d käsitsemise ajal (väljalülitatud toiteallikas), vaid ka töötamise ajal ülemäärast pinget. LT1167 sisenditel on väikese lekkega sisedioodid igast toite sisendist. Nende dioodide maksimaalne voolutugevus on 20 mA ja need kaitsevad IC-d, kui sisendpinge ületab toiterööpaid. Täpsus ja hävimatus on ühendatud, kui väline 20k takisti asetatakse iga sisendiga järjestikku. Nihkepinge karistus on väike, kuna LT320 1167 pA nihkevool korrutatuna 20 k sisendtakistitega annab ainult 6.4 μV lisanihke. 20k takistitega saab LT1167 hakkama nii ±400VDC sisendtõrgetega kui ka üle 4kV ESD naelu. See vastab IEC 1004-2 2. taseme Euroopa standardile. Madal mürapinge 7.5 nV√Hz saavutatakse suure osa 0.9 mA toitevoolust tühikäigul sisendastmes. Superbeta-transistoride, voolutühjenduslülituste ja trimmimise tõttu ei kahjusta sisendi eelpingevool. LT1167 sisendi eelpingevool on parem kui JFET-sisendastmel toatemperatuuril ainult 350pA; see ei kahekordistu iga 10°C juures. LT1167 on trimmitud ka kriitiliste alalisvoolu parameetrite jaoks, nagu sisendi nihkepinge ja CMRR. Need trimmid võimaldavad võimendil saavutada väga suurt alalisvoolu täpsust; kogu sisendile viidatud nihkepinge on ainult 60 μV ja CMRR on kümnekordse võimendusega parem kui 110 dB. Halvimal juhul sisendi nihe on võimendusega üks; see on garanteeritult väiksem kui 240 μV prime klassi puhul. LT1167 on saadaval 8-kontaktilistes PDIP- ja SO-pakettides, mis säästab märkimisväärselt plaadiruumi võrreldes diskreetse disainiga. Nende eelistega leiab LT1167 hõlpsasti tee paljudesse rakendustesse. „Roll Your Own” – diskreetne vs monoliitne LT1167 veaeelarve analüüs LT1167 pakub paremat jõudlust kui „roll your own”, kolme toiminguga võimendi diskreetne disain. Tüüpiline rakendus, mis võimendab ja puhverdab sildanduri diferentsiaalväljundit, on näidatud joonisel 1. Võimendi, mille võimendus on seatud sajale, võimendab diferentsiaalset täismahus väljundpinget 20 mV tööstuslikus temperatuurivahemikus. Diskreetne mõõteriistade võimendi kasutab parimat täpsust, väikese võimsusega superbeeta neljaoperatsioonivõimendit LT1114. See võrdlus näitab, et LT1167 ületab tipptasemel operatsioonivõimendit kasutades diskreetse instrumentatsiooni võimendi. Veaeelarve võrdlus tabelis 1 näitab, kuidas arvutatakse erinevad vead ja viidatakse silla täisvõimsusele 20 mV. Tabel näitab, et mõned suurimad erinevused LT1167 ja diskreetse lahenduse vahel on sisendi nihkepinge, sisendi nihkepinge triiv ja CMRR. LT0.02 CMRR jõudlusega sobitamiseks on vaja kalleid täppistakisti massiive, mis suudavad pakkuda 1167% vastavust. LT1167 lahenduse koguviga on palju väiksem kui diskreetsel lahendusel. LT1167-l on diskreetse disaini ees muid eeliseid, sealhulgas väiksem võimsuse hajumine, madalam komponentide maksumus ja väiksem suurus.             Joonis 1. „Veeretage ise” vs LT1167. Tabel 1a. Vea eelarve „Roll your own” vs LT1167 Vea allikas LT1167 Circuit Calculations „Roll Your Own” Circuit Calculations Error (PPM) of Full Scale LT1167 „Roll Your Own” Absoluutne täpsus TA = 25°C sisendnihke voolutugevuse juures IOS × RS/VFS × RS/VFS IOS × RS/VFS 4 4 Sisendnihkepinge VOSI/VFS ∆VOS/VFS 3000 6500 Väljundinihkepinge VOSO/G/VFS VOS × NG/G/VFS 150 75 CMRR CMRR × VCM/VFS RM × VCM/G/VFS 790 Absoluutne koguviga 500 3944 Triiv kuni 7079° C Sisendnihke pinge triiv TCVOSI × ∆T/VFS TC∆VOS × ∆T/VFS 85 1200 Väljundnihke pinge triiv TCVOSI/VST × ∆FSTCV × ∆T G/VFS 5700 180 võimenduse triiv (TCG + TCR) × ∆T TCRM × ∆T 78 3600 kogu triiviviga 6000 4980 eraldusvõime võimendus mittelineaarsus GNL RNL 11778 15 Tüüpiline FSV voolutugevus – 10 Hz √0.1 env/10Hz. 2 Kogu eraldusvõime viga 14 21 Üldine koguviga 29 31 Tabel 8953b. Tabelis 18888a kasutatud terminid Termin LT1 spetsifikatsioon LT1C spetsifikatsioon Kommentaar IOS 1167pA 1114pA sisendinihe Voolutugevus RS 450Ω/500 350Ω/2 Allikatakistus VFS 350mV 2mV Täisskaala sisendpinge nihe VOSI/20 Sisendpinge 20 μμV VOSI/60 Pinge sobivus VOSO 130 μV N/A Väljundnihkepinge VOS N/A 300 μV nihkepinge NG N/A 75V/V väljundi müravõimendus OP Amp G 2 V/V 100 V/V võimendus CMRR 100 dB (110 ppm) Ühine režiim Suhe VCM 3.16V 5V Ühisrežiimi pinge RM NA 5% Takisti sobivus TCVOSI 0.02V/°CN/A Temperatuuri koefitsient sisendnihke pinge ∆T 0.4°C 60°C Temperatuuri muutus TC∆VOS N/A 60μV/°C Temperatuur Koefitsient Nihkepinge Sobivus TCVOSO 1.9μV/°CN/A Temperatuuri koefitsient Väljundnihkepinge TCVOS N/A 6μV/°C Temperatuuri koefitsient Nihkepinge TCG 1.3ppm/°CN/A Temperatuuri võimenduse koefitsient TCR 50ppm/°CN/A Temperatuuritakistustegur TCRM N/A 10ppm/°C Temperatuuritegur takisti sobivus GNL 100ppm N/A võimendus mittelineaarsus RNL N/A 15ppm Resist või Mittelineaarsus et 10 μVP-P 0.28 μVP-P 0.3 Hz–0.1 Hz Pingemüra LT10 vs konkurents See, mida LT1167 kohta diskreetsete lahendustega võrreldes öeldi, kehtib ka varasemate IC mõõtevõimendite kohta. Skeemi kujunduse ja ühise tsentroidi paigutuse täiustused suurendavad oluliselt CMRR-i, PSRR-i, võimenduse vigu ja mittelineaarsust võrreldes konkurentsivõimeliste IC-lahendustega. LT1167-l on CMRR-i täiustus 1167 dB ja PSRR-i täiustus 10 dB halvima ühtsuse võimenduse tingimuse jaoks. Võimenduse viga on parem kui 20% kõigi võimenduste puhul kuni sajani, mis on 0.1-2.5 korda parem kui varasematel IC-del. Tänu ühise tsentroidi paigutuse täiustustele säilib see võimendusviga isegi siis, kui väljund peab kandma suuri koormusi. LT5 säilitab suurepärase jõudluse isegi raskete koormatega sõites. Joonisel 1167 on foto LT2-st tuhandekordse võimendusega, mis juhib 1167k koormust. Joonis 1 on eelmise põlvkonna IC mõõteriistade võimendi samas seisukorras. Näete, miks vanematele IC-dele määrati 3k koormustakisti ja mitte 10k takisti.     Joonis 2. LT1167 võimenduse mittelineaarsus: RC = 1k; VO = ±10V.     Joonis 3. Eelmise põlvkonna mõõteriistade võimendi võimenduse mittelineaarsus: RC = 1k; VO = ±10V. Madal IB eelistab kõrge impedantsi sildu, vähendab hajumist LT1167 madal toitevool, madal toitepinge töö ja madal sisendi eelpingevool (max 350 pA) võimaldavad sellel kenasti sobituda akutoitega rakendustesse. Madal üldine võimsuse hajumine nõuab suurema impedantsi sildade kasutamist. Joonisel 4 on kujutatud LT1167, mis on ühendatud 3kΩ silla diferentsiaalväljundiga. Silla takistus on peaaegu suurusjärgu võrra suurem kui vea-eelarve tabelis kasutatud silla oma. Pikoampere sisendi eelpingevoolud hoiavad nihkevoolu põhjustatud vea siiski tühisel tasemel. LT1112 tase nihutab LT1167 võrdlustihvti ja ADC analoogmaandustihvte maapinnast kõrgemale. See on vajalik ühe toiteallikaga rakendustes, kuna väljund ei saa maapinnale kõikuda. LT1167 ja LT1112 kombineeritud võimsuse hajumine on endiselt väiksem kui silla oma. Selle vooluahela kogu toitevool on vaid 3 mA.     Joonis 4. Ühe toite rõhumonitor. ADC signaali konditsioneerimine LT1167 on näidatud joonisel 5, muutes diferentsiaalsignaali ühe otsaga signaaliks. Seejärel filtreeritakse üheotsaline signaal passiivse 1. järku RC madalpääsfiltriga ja rakendatakse LTC1400 12-bitisele analoog-digitaalmuundurile (ADC). LT1167 väljundaste suudab hõlpsasti juhtida ADC väikest nominaalset sisendmahtuvust, säilitades signaali terviklikkuse. Joonisel 6 on kujutatud võimendi/ADC väljundi kahte FFT-d. Joonistel 6a ja 6b on näidatud LT1167 töötamise tulemused vastavalt ühtse võimenduse ja kümnekordse võimendusega. Selle tulemuseks on tüüpiline SINAD 70.6 dB.     Joonis 5. LT1167, mis teisendab diferentsiaalsignaale ühe otsaga signaalideks; LT1167 sobib ideaalselt LTC1400 juhtimiseks.     Joonis 6. Töötades ühe (vasakul) või kümne (paremal) võimendusega, saavutab joonise 5 skeem 12-bitise töö SINAD-iga 70.6 dB. Vooluallikas Joonis 7 näitab lihtsat, täpset, väikese võimsusega programmeeritavat vooluallikat. Tihvtide 2 ja 3 diferentsiaalpinge peegeldub üle RG. Pinge RG-l võimendatakse ja rakendatakse üle R1, määrates väljundvoolu. Viigust 50 voolav 5 μA eelpingevool puhverdab LT1464 JFET operatsioonivõimendi, mis suurendab vooluallika eraldusvõimet 3 pA-ni.     Joonis 7. Täppisvooluallikas. Närviimpulsi võimendi LT1167 madal voolumüra muudab selle ideaalseks MΩ allika impedantsiga EKG monitoride jaoks. Näidates LT1167 võimet võimendada madala taseme signaale, kasutab joonisel 8 kujutatud skeem ära võimendi suure võimenduse ja madala mürataseme. See ahel võimendab patsiendilt LT2 kontaktide 3 ja 1167 kaudu saadud madala taseme närviimpulsside signaale. RG ja paralleelne kombinatsioon R3 ja R4 seavad võimenduse kümneks. LT1112 kontakti 1 potentsiaal loob maanduse ühisrežiimi signaalile. LT1167 kõrge CMRR 110db tagab soovitud diferentsiaalsignaali võimendamise ja soovimatute ühisrežiimi signaalide summutamise. Kuna signaali alalisvoolu osa ei ole oluline, moodustavad R6 ja C2 0.3 Hz kõrgpääsfiltri. Vahelduvvoolu signaali LT1112 viigul 5 võimendab võimendus 101, mille määrab R7/R8 + 1. C3 ja R7 paralleelne kombinatsioon moodustab madalpääsfiltri, mis vähendab seda võimendust sagedustel üle 1 kHz.     Joonis 8. Meditsiiniline EKG monitor. Võimalus töötada ±3 V juures 0.9 mA toitevooluga muudab LT1167 ideaalseks akutoitega rakenduste jaoks. Selle rakenduse kogu toitevool on 1.7 mA. Sellesse vooluringi tuleb lisada nõuetekohased kaitsemeetmed, näiteks isoleerimine, et kaitsta patsienti võimaliku kahju eest. Kokkuvõte Instrumentide võimendi LT1167 pakub parimat täpsust, madalaimat müra, suurimat tõrketaluvust ja ühe takisti võimenduse seadistust. LT1167 on saadaval 8-pin PDIP ja SO pakettides. SO kasutab oluliselt vähem ruumi kui diskreetsed kujundused. Tänu nendele eelistele ja võimalusele töötada laias vahemikus toitepingetel 0.9 mA puhkevooluga, sobib LT1167 paljude rakenduste jaoks.

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri