深入解析AD8290：CMOS傳感器放大器的卓越之選

在電子工程師的設(shè)計(jì)世界里，選擇一款合適的傳感器放大器至關(guān)重要。今天，我們將深入探討Analog Devices推出的AD8290，一款增益為50、采用電流激勵(lì)的CMOS傳感器放大器，看看它究竟有哪些獨(dú)特之處，能為我們的設(shè)計(jì)帶來怎樣的便利和優(yōu)勢(shì)。

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一、AD8290的關(guān)鍵特性

1. 電源與功耗

AD8290的電源電壓范圍為2.6 V至5.5 V，具有低功耗的顯著特點(diǎn)。其靜態(tài)電流為1.2 mA加上2倍的激勵(lì)電流，關(guān)機(jī)電流僅為0.5 μA。這使得它在便攜式電子設(shè)備等對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用中表現(xiàn)出色，能夠有效延長(zhǎng)設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間。

2. 電氣性能

• 輸入偏置電流：低至±100 pA，這一特性有助于減少輸入信號(hào)的誤差，提高放大器的測(cè)量精度。
• 共模抑制比（CMRR）：高達(dá)120 dB，能夠有效抑制共模信號(hào)的干擾，增強(qiáng)放大器對(duì)差模信號(hào)的放大能力，保證輸出信號(hào)的準(zhǔn)確性。

3. 封裝與尺寸

采用16引腳、3.0 mm × 3.0 mm × 0.55 mm的LFCSP封裝，這種小巧的封裝形式節(jié)省了電路板空間，非常適合對(duì)空間要求苛刻的設(shè)計(jì)，如便攜式電子產(chǎn)品。

4. 激勵(lì)電流

激勵(lì)電流范圍為300 μA至1300 μA，可通過外部電阻進(jìn)行設(shè)置，為不同的傳感器提供靈活的激勵(lì)方式，滿足多樣化的應(yīng)用需求。

二、工作原理剖析

1. 放大器結(jié)構(gòu)

AD8290內(nèi)部的放大器是一款精密的電流模式校正儀表放大器，固定增益為50。這種電流模式校正拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)帶來了出色的精度，能夠有效減少誤差，提高放大性能。其內(nèi)部的運(yùn)算放大器A1采用高精度自動(dòng)調(diào)零技術(shù)，不僅保留了自動(dòng)校正電流模式放大器拓?fù)涞男阅?，還為用戶提供了真正的電壓輸入、電壓輸出的儀表放大器功能，同時(shí)內(nèi)部會(huì)自動(dòng)校正失調(diào)誤差。

2. 高電源抑制比（PSR）和共模抑制（CMR）

AD8290的自動(dòng)校正架構(gòu)能夠持續(xù)校正失調(diào)誤差，包括由輸入電壓或電源電壓變化引起的誤差。這使得它在整個(gè)工作溫度范圍（?40°C至 +85°C）內(nèi)都能保持優(yōu)異的PSR和CMR性能，確保輸出信號(hào)不受電源波動(dòng)和共模干擾的影響。

3. 1/f噪聲校正

在半導(dǎo)體器件中，1/f噪聲（閃爍噪聲）是固有的，在低頻或直流應(yīng)用中會(huì)導(dǎo)致較大誤差。AD8290的自動(dòng)校正拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠有效降低這種緩慢變化的失調(diào)誤差，使其在接近直流的頻率下具有比標(biāo)準(zhǔn)低噪聲儀表放大器更低的噪聲，提高了測(cè)量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

4. 電流源

通過外部電阻RSET，AD8290可以產(chǎn)生可編程的激勵(lì)電流?；趦?nèi)部0.9 V的參考電壓，在RSET上產(chǎn)生0.9 V的電壓，從而在芯片內(nèi)部產(chǎn)生等于0.9 V/RSET的電流。這個(gè)電流經(jīng)過精密電流鏡，從IOUT引腳輸出，為傳感器電橋提供激勵(lì)。同時(shí)，CBRIDGE用于過濾電流激勵(lì)電路中的噪聲，保證激勵(lì)電流的穩(wěn)定性。

三、典型應(yīng)用場(chǎng)景

1. 壓力傳感器橋應(yīng)用

AD8290的激勵(lì)電流范圍與壓力傳感器電路非常匹配，如Fujikura FGN - 615PGSR和Honeywell HPX050AS等傳感器。在實(shí)際應(yīng)用中，可能需要添加一個(gè)電阻RP來確保AD8290的最大輸出電壓不被超過。通過合理選擇激勵(lì)電流和RP的值，可以使電路工作在AD8290的允許范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力信號(hào)的準(zhǔn)確放大和測(cè)量。

2. 溫度傳感器應(yīng)用

它也可以與溫度傳感器配合使用，例如與2線PT100 RTD搭配。在這種應(yīng)用中，需要注意選擇合適的激勵(lì)電流和電阻RG，以確保不超過AD8290的最小和最大規(guī)格。通過精確的計(jì)算和合理的參數(shù)選擇，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)的精確測(cè)量和放大。

3. 便攜式電子設(shè)備

由于AD8290具有低功耗、寬電源電壓范圍和小尺寸封裝的特點(diǎn)，非常適合用于便攜式電子設(shè)備中的驅(qū)動(dòng)/傳感電路。在這些設(shè)備中，它能夠在有限的電源和空間條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器信號(hào)的有效放大和處理。

四、電路連接與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 典型連接

在單電源操作時(shí)，要注意各個(gè)引腳的連接。例如，將CFILTER（6.8 nF）連接到相應(yīng)引腳以限制輸出的開關(guān)噪聲；將RSET連接到Pin 11和Pin 10以設(shè)置激勵(lì)電流；將ENBL引腳用于啟用或禁用設(shè)備等。同時(shí)，要遵循布局考慮，如將C1靠近Pin 2和Pin 10，將RSET靠近Pin 11，以減少干擾和提高性能。

2. 電流激勵(lì)

激勵(lì)電流IOUT的計(jì)算公式為(I{OUT} = (900 / R{SET}) mA)，其中(R{SET})是Pin 10（GND）和Pin 11（RSET）之間的電阻。(R{SET})的范圍為692 Ω至3 kΩ，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的IOUT為1300 μA至300 μA。

3. 啟用/禁用功能

ENBL引腳用于控制AD8290的啟用和禁用。邏輯1開啟設(shè)備，使其正常工作；邏輯0禁用輸出和激勵(lì)電流，并將靜態(tài)電流降低到小于10 μA。當(dāng)設(shè)備禁用時(shí)，輸出變?yōu)楦咦杩?，便于多個(gè)AD8290儀表放大器進(jìn)行復(fù)用應(yīng)用。

4. 輸出濾波

為了限制輸出的開關(guān)噪聲，需要使用Filter Capacitor (C{FILTER})。推薦的(C{FILTER})值為6.8 nF，它與內(nèi)部100 kΩ電阻構(gòu)成的濾波器帶寬為235 Hz。對(duì)于帶寬大于10 Hz的應(yīng)用，可能需要在輸出端添加一個(gè)235 Hz的單極點(diǎn)RC濾波器。當(dāng)驅(qū)動(dòng)需要抗混疊濾波器的ADC時(shí)，也建議使用該濾波器。

5. 布局與電源旁路

在電路板布局時(shí)，要保持PCB表面清潔干燥，避免相鄰走線之間的漏電流。將(R_{SET})靠近RSET（Pin 11）和GND（Pin 10）放置，底部封裝的焊盤應(yīng)保持浮空。對(duì)于高阻抗源，要盡量縮短AD8290輸入的PCB走線，以減少輸入偏置電流誤差。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，需要對(duì)電源進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐月?。在單電源操作時(shí)，應(yīng)在Pin 2（VCC）和Pin 10（GND）之間連接一個(gè)0.1 μF的表面貼裝電容，并將其盡可能靠近這兩個(gè)引腳。

6. 雙電源操作

AD8290可以配置為雙電源模式。在雙電源操作時(shí)，一些引腳的參考電壓需要從地改為負(fù)電源，外部組件也應(yīng)相應(yīng)地參考負(fù)電源。同時(shí)，需要添加額外的旁路電容。在這種模式下，部分規(guī)格會(huì)相對(duì)于負(fù)電源發(fā)生變化，如輸入電壓范圍、輸出電壓范圍和激勵(lì)電流引腳電壓等，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

五、性能參數(shù)與規(guī)格

1. 靜態(tài)參數(shù)

包括電壓失調(diào)、輸入失調(diào)電流、電源抑制比（PSR）等。例如，輸出失調(diào)電壓為±50 mV，輸入失調(diào)電流在?2000 pA至 +2000 pA之間，PSR在?40°C至 +85°C的溫度范圍內(nèi)為?300 μV/°C至 +300 μV/°C。

2. 動(dòng)態(tài)響應(yīng)

小信號(hào)帶寬為0.25 kHz，增益在使用外部濾波電容（(C_{FILTER}= 6.8 nF)和輸出抗混疊電容 = 68 nF）時(shí)保持穩(wěn)定。

3. 輸入輸出特性

輸入差分輸入阻抗為0.2 MΩ，輸入電壓范圍為0.2 V至(V{CC} - 1.7) V；輸出電壓范圍為0.075 V至(V{CC} - 0.075) V，輸出串聯(lián)電阻為10 kΩ ± 20%。

4. 激勵(lì)電流特性

激勵(lì)電流范圍為300 μA至1300 μA，精度為±50 μA，漂移為±250 ppm/°C。外部電阻(R_{SET})用于設(shè)置激勵(lì)電流，激勵(lì)電流的電源抑制比、引腳電壓和輸出電阻等參數(shù)也有明確的規(guī)格要求。

六、總結(jié)與思考

AD8290作為一款功能強(qiáng)大的CMOS傳感器放大器，憑借其低功耗、高精度、小尺寸和靈活的激勵(lì)電流設(shè)置等優(yōu)點(diǎn)，在傳感器驅(qū)動(dòng)和信號(hào)放大領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇電路參數(shù)和布局方式，充分發(fā)揮AD8290的性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，要注意ESD防護(hù)，避免因靜電放電對(duì)設(shè)備造成損壞。大家在使用AD8290的過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享交流。