MCP6N11：Microchip儀表放大器應(yīng)用案例分析（獨(dú)家）

MCP6N11 儀表放大器（Instrumentation Amplifier，INA）具有使能/VOS 校準(zhǔn)引腳（EN/CAL）和幾個(gè)最小增益選項(xiàng)。它針對(duì)單電源操作進(jìn)行了優(yōu)化，支持軌到軌輸入（無(wú)共模交越失真）和輸出性能。兩個(gè)外部電阻可用于設(shè)置增益，從而最大程度降低增益誤差和溫度漂移。參考電壓（VREF）可以對(duì)輸出電壓（VOUT）電平移位。供電電壓范圍（1.8V 至5.5V）足夠低，可以支持許多便攜式應(yīng)用。所有器件在-40°C 至+125°C 的溫度范圍內(nèi)完全滿足電氣規(guī)范。這些器件具有5個(gè)最小增益選項(xiàng)（1、2、5、10 或100 V/V）。這使用戶可以針對(duì)不同應(yīng)用來(lái)優(yōu)化輸入失調(diào)電壓和輸入噪聲。

應(yīng)用：

MCP6N11 儀表放大器（INA）采用Microchip 最先進(jìn)的CMOS 工藝制造。它具有低成本、低功耗和高速等特性，使其成為電池供電應(yīng)用的理想選擇。

典型情況下的時(shí)序圖：

基本性能標(biāo)準(zhǔn)電路

圖1顯示了這些INA 的標(biāo)準(zhǔn)電路配置。當(dāng)輸入和輸出處于其規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，輸出電壓約為：圖一為了正常工作，請(qǐng)保持：

• VIP、VIM、VREF 和VFG 介于VIVL 和VIVH 之間

• VIP – VIM （即， VDM）介于VDML 和VDMH 之間

• VOUT 介于VOL 和VOH 之間輸入失調(diào)電壓（VOS）通過(guò)電壓VTR 進(jìn)行修正。

每次發(fā)生VOS 校準(zhǔn)事件時(shí)，VTR 都會(huì)更新為最佳值（當(dāng)時(shí)）。這些事件通過(guò)上電（通過(guò)POR 進(jìn)行監(jiān)視）或通過(guò)將EN/CAL 引腳翻轉(zhuǎn)為高電平進(jìn)行觸發(fā)。GM3（I3）的電流輸出是恒定的，并且極?。ㄔ谝韵掠懻撝袑⒓俣?）。輸入信號(hào)施加到GM1。

圖1 顯示了這些INA 的標(biāo)準(zhǔn)電路配置。當(dāng)輸入和輸出處于其規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，輸出電壓約為：

圖1

架構(gòu)
圖2 給出了這些INA 的框圖。

圖2

輸入失調(diào)電壓（VOS）通過(guò)電壓VTR 進(jìn)行修正。每次發(fā)生VOS 校準(zhǔn)事件時(shí)，VTR 都會(huì)更新為最佳值（當(dāng)時(shí)）。這些事件通過(guò)上電（通過(guò)POR 進(jìn)行監(jiān)視）或通過(guò)將EN/CAL 引腳翻轉(zhuǎn)為高電平進(jìn)行觸發(fā)。GM3（I3）的電流輸出是恒定的，并且極?。ㄔ谝韵掠懻撝袑⒓俣?）。輸入信號(hào)施加到GM1。公式4-2 顯示了輸入電壓（VIP和VIM）以及共模和差分電壓（VCM 和VDM）之間的關(guān)系。

應(yīng)用技巧最小穩(wěn)定增益

對(duì)于不同的最小穩(wěn)定增益（1、2、5、10 和100 V/V ；請(qǐng)參見表1-1），提供了不同的選項(xiàng)。為了保持穩(wěn)定，差分增益（GDM）需要大于等于GMIN。挑選器件時(shí)， GMIN 較高的器件具有輸入噪聲電壓密度（eni）較低、輸入失調(diào)電壓（VOS）較低和增益帶寬積（Gain Bandwidth Product，GBWP）較高的優(yōu)點(diǎn)；請(qǐng)參見表1。GMIN 較高時(shí)，差分輸入電壓范圍（VDMR）較低；但在GDM ≥ 2 時(shí)，輸出電壓范圍總是會(huì)限制VDMR。

容性負(fù)載

驅(qū)動(dòng)大容性負(fù)載會(huì)使放大器產(chǎn)生穩(wěn)定性問(wèn)題。當(dāng)負(fù)載電容增大時(shí)，反饋環(huán)路的相位裕度會(huì)減小，閉環(huán)帶寬也會(huì)變窄。這會(huì)使頻率響應(yīng)產(chǎn)生增益尖峰，并使階躍響應(yīng)中產(chǎn)生過(guò)沖和振鈴。增益（GDM）較低時(shí)，對(duì)容性負(fù)載會(huì)更為敏感。使用這些儀表放大器驅(qū)動(dòng)大容性負(fù)載（例如，> 100 pF）時(shí)，在輸出端上串聯(lián)一個(gè)小電阻（圖4-8 中的RISO），可使輸出負(fù)載在較高頻率時(shí)呈阻性，從而改善反饋環(huán)路的相位裕度（穩(wěn)定性）。然而，其帶寬通常會(huì)低于無(wú)容性負(fù)載時(shí)的帶寬。

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摘要：MCP6N11 儀表放大器（Instrumentation Amplifier，INA）具有使能/VOS 校準(zhǔn)引腳（EN/CAL）和幾個(gè)最小增益選項(xiàng)。它針對(duì)單電源操作進(jìn)行了優(yōu)化，支持軌到軌輸入（無(wú)共模交越失真）和輸出性能。本文就MCP6N11一些基本 參數(shù)及應(yīng)用做了詳細(xì)介紹。