中文数据手册

宽电源电压范围、微功耗、
轨到轨仪表放大器
AD8420
产品特性
引脚配置
电源电流：80 μA(最大值)
AD8420
8
VOUT
驱动高容性负载：~700 pF
+IN 2
+
–
7
FB
–IN 3
–
+
6
REF
轨到轨输出
–VS 4
5
+VS
TOP VIEW
(Not to Scale)
输入电压范围可低至地电压以下
09945-001
CMRR：100 dB(最小值)
NC 1
图1.
通过2个外部电阻设置增益
可在任何增益下实现低增益漂移
极宽电源电压范围：
单电源供电：2.7 V至36 V
双电源供电：±2.7 V至±18 V
带宽(G = 100)：2.5 kHz
输入电压噪声：55 nV/√Hz
高直流精度
失调电压：125 μV(最大值)
失调漂移：1 μV/°C(最大值)
差分输入电压：±1 V(最大值)
表1. 仪表放大器分类1
通用
AD8221, AD8222
AD8220, AD8224
零
漂移
AD8231
AD8290
军用
级
AD620
AD621
AD8226, AD8227
AD8228
AD8293
AD8553
AD524
AD526
AD8295, AD8224
AD8556
AD8557
AD624
1
低
功耗
AD8420
AD8235,
AD8236
AD627
AD8226,
AD8227
AD623
AD8223
数字
增益
AD8250
AD8251
AD8253
AD8231
欲了解最新的仪表放大器，请访问www.analog.com。
8引脚MSOP封装
应用
桥式放大器
压力测量
医疗仪器
便携式数据采集
多通道系统
概述
AD8420是一款低成本、微功耗、宽电源电压范围仪表放大
单电源供电、微功耗和轨到轨输出摆幅使AD8420非常适合
器，采用轨到轨输出和新颖的架构，可以实现极为灵活的
电池供电应用。采用低电源电压工作时，轨到轨输出级可
设计。它针对存在大共模信号的情况下放大小差分电压进
以使动态范围达到最大。双电源供电(±15 V)和低功耗使AD8420
行了优化。
适合医疗或工业仪器仪表中的各种应用。
AD8420基于间接电流反馈架构，输入共模范围非常出色。
AD8420采用8引脚MSOP封装，保证性能的额定温度范围
与传统仪表放大器不同，它可轻松放大等于或略低于地电
为−40°C至+85°C，而器件工作温度范围为−40°C至+125°C。
平的信号而不需要双电源供电。AD8420具有轨到轨输出，
且输出电压摆幅完全与输入共模电压无关。
Rev. 0
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的最新英文版数据手册。
AD8420
目录
产品特性 .......................................................................................... 1
增益精度 ................................................................................... 20
应用.................................................................................................... 1
输入电压范围........................................................................... 20
引脚配置 ........................................................................................... 1
输入保护 ................................................................................... 20
概述.................................................................................................... 1
布局 ............................................................................................ 21
修订历史 .......................................................................................... 2
驱动基准引脚........................................................................... 21
规格.................................................................................................... 3
输入偏置电流回路 ................................................................. 22
绝对最大额定值.............................................................................. 7
射频干扰(RFI) .......................................................................... 22
热阻 .............................................................................................. 7
输出缓冲 ................................................................................... 23
ESD警告........................................................................................ 7
应用信息 ........................................................................................ 24
引脚配置和功能描述 ..................................................................... 8
AD8420在心电图(ECG)中的应用........................................ 24
典型工作特性 ................................................................................. 9
经典桥接电路 .......................................................................... 25
工作原理 ....................................................................................... 19
4 mA至20 mA单电源接收机 ................................................ 25
架构 ............................................................................................ 19
外形尺寸 ....................................................................................... 26
设置增益 ................................................................................... 19
订购指南 ................................................................................... 26
修订历史
2012年3月—修订版0：初始版
Rev. 0 | Page 2 of 28
AD8420
技术规格
除非另有说明，+VS = +5 V，−VS = 0 V，VREF = 0 V，V+IN = 0 V，V−IN = 0 V，TA = 25°C，G = 1至1000，RL = 20 kΩ，所有规格均
折合到输入端。除非另有说明，表2中的所有极限值在VS = 3 V至VS = ±5 V范围内有效。
表2.
参数
共模抑制比(CMRR)
DC至60 Hz时的CMRR
1 kHz时的CMRR
噪声
电压噪声
谱密度
峰峰值
电流噪声
谱密度
峰峰值
失调电压
失调
平均温度系数
折合到输入端的失调与电源的关系(PSR)
输入
输入偏置电流1
平均温度系数
输入失调电流
平均温度系数
输入阻抗
差分
共模
差分输入工作电压
输入工作电压(+IN、−IN、REF或FB)
动态响应
小信号-3 dB带宽
G=1
G = 10
G = 100
G =1000
0.01%建立时间
G=1
G = 10
G = 100
压摆率
测试条件/注释
VCM = 0 V至2.7 V
最小值
典型值
最大值
100
100
单位
dB
dB
f = 1 kHz, VDIFF ≤ 100 mV
f = 0.1 Hz至10 Hz, V DIFF ≤ 100 mV
55
1.5
nV/√Hz
µV p-p
f = 1 kHz
f = 0.1 Hz至10 Hz
80
3
fA/√Hz
pA p-p
VS = 3 V至V S = 5 V
VS = ±5 V
TA = −40°C至+85°C
VS = 2.7 V至5 V
对REF和FB对以及
+IN和−IN有效
TA = +25°C
TA = +85°C
TA = −40°C
TA = −40°C至+85°C
TA = +25°C
TA = +85°C
TA = −40°C
TA = −40°C至+85°C
125
150
1
µV
µV
µV/°C
dB
27
24
30
nA
nA
nA
pA/°C
nA
nA
nA
pA/°C
86
20
30
1
1
1
0.5
130||2
1000||2
TA = –40°C至+85°C
TA = +25°C
TA = +85°C
TA = –40°C
VS = ±5 V
−1 V至+1 V 输出步进
−4.5 V至+4.5 V 输出步进
−4.5 V至+4.5 V 输出步进
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−1
−VS − 0.15
−VS − 0.05
−VS − 0.2
+1
+VS − 2.2
+VS − 1.8
+VS − 2.7
MΩ||pF
MΩ||pF
V
V
V
V
250
25
2.5
0.25
kHz
kHz
kHz
kHz
3
130
1
1
µs
µs
ms
V/µs
AD8420
参数
增益2
增益范围
增益误差
G=1
G = 10至1000
增益与温度的关系
输出
输出摆幅
短路电流
电源
工作范围
静态电流
测试条件/注释
G = 1 + (R2/R1)
最小值
典型值
1
VOUT = 0.1 V至1.1 V, V REF = 0.1 V
VOUT = 0.2 V至4.8 V
TA = −40°C至+85°C
VS = 5 V, RL = 10 kΩ接中间电源电压
VS = ±5 V, RL = 20 kΩ接地
TA = +25°C
TA = +85°C
TA = −40°C
0.05
−VS + 0.1
−VS + 0.1
−VS + 0.1
最大值
单位
1000
V/V
0.02
0.1
10
%
%
ppm/°C
+VS − 0.15
+VS − 0.2
+VS − 0.15
V
V
V
mA
36
V
80
95
65
µA
µA
µA
+85
+125
°C
°C
10
单电源供电3
VS = 5 V
TA = +25°C
TA = +85°C
TA = −40°C
温度范围
额定温度
工作温度4
2.7
55
−40
−40
1
输入级用PNP晶体管；因此，输入偏置电流总是从器件中流出。
G > 1时，除上述规格外还应考虑外部电阻R1和外部电阻R2产生的误差，包括FB引脚偏置电流产生的误差。
3
最低电源电压是针对V+IN、V−IN和VREF = 0 V而言。
4
关于85°C至125°C范围内的工作特性，请参见典型工作特性部分。
2
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70
AD8420
除非另有说明，+VS = +15 V，−VS = −15 V，VREF = 0 V，TA = 25°C，G = 1至1000，RL = 20 kΩ，所有规格均折合到输入端。
表3.
参数
共模抑制比(CMRR)
DC至60 Hz时的CMRR
1 kHz时的CMRR
噪声
电压噪声
谱密度
峰峰值
电流噪声
谱密度
峰峰值
失调电压
失调
平均温度系数
折合到输入端的失调与电源的关系(PSR)
输入
输入偏置电流2
平均温度系数
输入失调电流
平均温度系数
输入阻抗
差分
共模
差分输入工作电压
输入工作电压(+IN、−IN、REF或FB)
动态响应
小信号-3 dB带宽
G=1
G = 10
G = 100
G =1000
0.01%建立时间
G=1
G = 10
G = 100
压摆率
增益3
增益范围
增益误差
G=1
G = 10至1000
增益与温度的关系
测试条件/注释
VCM = −10 V至+10 V
最小值
典型值
最大值
100
100
单位
dB
dB
f = 1 kHz, VDIFF ≤ 100 mV
f = 0.1 Hz至10 Hz, V DIFF ≤ 100 mV
55
1.5
nV/√Hz
µV p-p
f = 1 kHz
f = 0.1 Hz至10 Hz
80
3
fA/√Hz
pA p-p
VS = ±15 V 1
TA = −40°C至+85°C
VS = ±15 V
对REF和FB对以及
+IN和−IN有效
TA = +25°C
TA = +85°C
TA = −40°C
TA = −40°C至+85°C
TA = +25°C
TA = +85°C
TA = −40°C
TA = −40°C至+85°C
250
1
µV
µV/°C
dB
27
24
30
nA
nA
nA
pA/°C
nA
nA
nA
pA/°C
100
20
30
1
1
1
0.5
130||3
1000||3
TA = −40°C至+85°C
TA = +25°C
TA = +85°C
TA = −40°C
−1
−VS − 0.15
−VS − 0.05
−VS − 0.2
−1 V至+1 V 输出步进
−5 V至+5 V 输出步进
−5 V至+5 V 输出步进
1
+VS − 2.2
+VS − 1.8
+VS − 2.7
MΩ||pF
MΩ||pF
V
V
V
V
250
25
2.5
0.25
kHz
kHz
kHz
kHz
3
130
1
1
µs
µs
ms
V/µs
G = 1 + (R2/R1)
1
VOUT = ±1 V
VOUT = ±10 V
TA = −40°C至+85°C
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0.05
1000
V/V
0.02
0.1
10
%
%
ppm/°C
AD8420
参数
输出
输出摆幅
RL= 20 kΩ接地
短路电流
电源
工作范围
静态电流
测试条件/注释
最小值
TA = +25°C
TA = +85°C
TA = –40°C
−VS + 0.13
−VS + 0.15
−VS + 0.11
典型值
最大值
单位
+VS − 0.2
+VS − 0.23
+VS − 0.16
V
V
V
mA
±18
V
100
120
90
µA
µA
µA
+85
+125
°C
°C
10
双电源供电4
VS = ±15 V
TA = +25°C
TA = +85°C
TA = −40°C
温度范围
额定温度
工作温度5
±2.7
70
−40
−40
1
关于失调电压与电源的关系，请参见典型工作特性部分。
输入级用PNP晶体管；因此，输入偏置电流总是从器件中流出。
3
G > 1时，除上述规格外还应考虑外部电阻R1和外部电阻R2产生的误差，包括FB引脚偏置电流产生的误差。
4
最低电源电压是针对V+IN、V−IN和VREF = 0 V而言。V+IN、V−IN和VREF = −VS时，最低电源电压为±1.35 V。
5
关于85°C至125°C范围内的工作特性，请参见典型工作特性部分。
2
Rev. 0 | Page 6 of 28
85
AD8420
绝对最大额定值
热阻
表4.
参数
电源电压
输出短路电流
在−IN或+IN的最大电压
在−IN或+IN的最小电压
在REF或FB的最大电压
在REF或FB的最小电压
存储温度范围
ESD
人体模型
充电器件模型
机器放电模型
θJA是针对暴露于空气中的器件而言。
额定值
±18 V
不定
−VS + 40 V
−VS − 0.5 V
+VS + 0.5 V
−VS − 0.5 V
−65°C至+150°C
表5.
封装
8引脚 MSOP，4层JEDEC板
θJA
135
单位
°C/W
ESD警告
ESD(静电放电)敏感器件。
带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放
电。尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇
到高能量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采
取适当的ESD防范措施，以避免器件性能下降或功
能丧失。
2.5 kV
1.5 kV
0.1 kV
注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损
坏。这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任何其它
超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，推断器件
能否正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响
器件的可靠性。
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AD8420
引脚配置和功能描述
8
VOUT
+IN 2
NC 1
+
–
7
FB
–IN 3
–
+
6
REF
5
+VS
–VS 4
TOP VIEW
(Not to Scale)
09945-002
AD8420
图2. 引脚配置
表6. 引脚功能描述
引脚编号
1
2
3
4
5
6
7
8
引脚名称
NC
+IN
−IN
−VS
+VS
REF
FB
VOUT
描述
此引脚不在内部连接。为获得最佳的CMRR与频率之间的关系及泄露性能，应将此引脚连接到负电源。
正输入。
负输入。
负电源。
正电源。
基准输入。
反馈输入。
输出。
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AD8420
典型工作特性
除非另有说明，T = 25°C，+VS = 5 V，RL = 20 kΩ。
700 MEAN: 4.63764
SD: 1.09498
MEAN: –34.8195
SD: 31.3406
600
300
400
300
200
200
100
100
0
–150
–100
–50
0
50
100
150
VOS (µV)
0
0
2
4
6
8
10
24
25
09945-006
400
500
09945-008
NUMBER OF HITS
500
09945-003
NUMBER OF HITS
600
0.9
09945-007
700
CMRR, ±15V (µV/V)
图6. CMRR的典型分布图
图3. 输入失调电压的典型分布图
700 MEAN: 22.706
SD: 0.615728
MEAN: 22.6643
700 SD: 0.6058
600
NUMBER OF HITS
500
400
300
500
400
300
200
200
100
100
0
20
21
22
23
24
25
POSITIVE BIAS CURRENT (nA)
0
09945-004
NUMBER OF HITS
600
20
22
23
gm2 POSITIVE BIAS CURRENT (nA)
图7. REF、FB偏置电流的典型分布图
图4. 输入偏置电流的典型分布图
1200 MEAN: 0.00144205
SD: 0.112088
1000
1000
NUMBER OF HITS
1200 MEAN: 0.000646761
SD: 0.111551
800
600
400
200
800
600
400
200
0
–0.9
–0.6
–0.3
0
0.3
OFFSET CURRENT (nA)
0.6
0.9
09945-005
NUMBER OF HITS
21
0
–0.9
–0.6
–0.3
0
0.3
0.6
gm2 OFFSET CURRENT (nA)
图8. REF、FB失调电流的典型分布图
图5. 输入失调电流的典型分布图
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AD8420
10
0.3
1.5
0.2
1.0
0.1
0.5
0
0
–5
0
5
10
15
20
25
30
35
–0.1
40
INPUT VOLTAGE (V)
0.4
5
0.2
0
0
–5
–0.2
–10
–0.4
–15
–20
–15
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
IIN
0.2
0
0
–1
–0.2
–2
–0.4
INPUT CURRENT (mA)
0.4
2
OUTPUT VOLTAGE (V)
0
5
10
15
–0.6
25
20
15
VOUT
1
–5
图12. 输入过压性能，G = 100，VS = ±15 V
0.6
VS = ±15V
G=1
–10
INPUT VOLTAGE (V)
图9. 输入过压性能，G = 1
3
IIN
VOUT
INPUT CURRENT (mA)
0.4
0.6
VS = ±15V
G = 100
09945-312
OUTPUT VOLTAGE (V)
IIN
2.0
15
OUTPUT VOLTAGE (V)
VOUT
2.5
0.5
INPUT CURRENT (mA)
VS = +5V
G=1
09945-309
3.0
10
–1.0V, +12.3V
0.0V, +12.8V
+1.0V, +12.3V
5
0
–5
–10
–15
–1.0V, –14.6V
+1.0V, –14.6V
–10
–5
0
5
10
15
20
–0.6
25
–20
–1.2 –1.0 –0.8 –0.6 –0.4 –0.2
INPUT VOLTAGE (V)
图10. 输入过压性能，G = 1，VS = ±15 V
IIN
0.3
3
0.2
2
0.1
1
INPUT CURRENT (mA)
OUTPUT VOLTAGE (V)
0.4
4
0
–5
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
VOUT
5
0
0
5
10
15
20
25
30
INPUT VOLTAGE (V)
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
3.0
0.5
VS = 5V
G = 100
0.2
图13. 输入共模电压与输出电压的关系，G = 1，VS = ±15 V
35
–0.1
40
09945-311
6
0
OUTPUT VOLTAGE (V)
2.5
+4mV, +2.8V
+1.0V, +2.3V
2.0
1.5
1.0
0.5
+1.0V, +0.4V
+4mV, –0.1V
0
–0.5
–0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
OUTPUT VOLTAGE (V)
图14. 输入共模电压与输出电压的关系，G = 1，VS = 5 V
图11. 输入过压性能，G = 100
Rev. 0 | Page 10 of 28
09945-314
–15
09945-310
–3
–20
09945-313
0.0V, –15.1V
AD8420
3.0
VREF = 2.5V
RL = 10kΩ TO MIDSUPPLY
3.5
+2.5V, +2.8V
2.5
2.0
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
3.5
+3.03V, +2.46V
+1.5V, +2.3V
1.5
1.0
0.5
+1.5V, +0.4V
+3.03V, +0.16V
0
3.0
2.5
+44mV, +2.8V
+4.8V, +2.78V
+44mV, –0.1V
+4.8V, –80mV
2.0
1.5
1.0
0.5
0
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
OUTPUT VOLTAGE (V)
–0.5
–0.5
09945-315
0
0.1
0
+4mV, –0.1V
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
OUTPUT VOLTAGE (V)
2.5
4.0
4.5
5.0
5.5
+86mV, +2.79V
+2.5V, +2.8V
+4.8V, +2.79V
+86mV, –90mV
+2.5V, –0.1V
+4.8V, –90mV
2.0
3.5
1.5
1.0
0.5
0
0
0.5
1.0
1.5
2.5
3.0
4.0
4.5
5.0
5.5
OUTPUT VOLTAGE (V)
图19. 输入共模电压与输出电压的关系，
G = 100，VS = 5 V，VREF = 2.5 V
0.6
–14.9V, +12.7V
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
+14.8V, +12.7V
0.0V, +12.8V
10
5
0
–5
–10
0.0V, –15.1V
–14.9V, –15.0V
–15
–10
+14.8V, –15.0V
–5
5
10 0
15
OUTPUT VOLTAGE (V)
20
09945-317
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
3.5
2.0
–0.5
–0.5
20
–20
–20
3.0
3.0
图16. 输入共模电压与输出电压的关系，
G = 1，VS = 2.7 V
–15
2.5
09945-319
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
+0.6V, +0.2V
0.2
09945-316
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
0.3
15
2.0
3.5
+4mV, +0.5V
0.4
–0.2
–0.1
1.5
图18. 输入共模电压与输出电压的关系，
G = 100，VS = 5 V
0.6
–0.1
1.0
OUTPUT VOLTAGE (V)
图15. 输入共模电压与输出电压的关系，
G = 1，VS = 5 V，VREF = 2.5 V
0.5
0.5
图17. 输入共模电压与输出电压的关系，
G = 100，VS = ±15 V
+29mV, +0.5V
+2.53V, +0.49V
+29mV, –0.1V
+2.53V, –90mV
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
–0.1
–0.2
–0.5
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
OUTPUT VOLTAGE (V)
图20. 输入共模电压与输出电压的关系，
G = 100，VS = 2.7 V
Rev. 0 | Page 11 of 28
3.0
09945-320
–0.5
1.4
09945-318
+2.5V, –0.1V
AD8420
40
120
VS = ±15V
30
–0.2V
POSITIVE PSRR (dB)
100
+2.7V
25
20
15
80
GAIN = 1000
60
GAIN = 100
40
GAIN = 10
BANDWIDTH
LIMIT
20
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
COMMON-MODE VOLTAGE (V)
0
0.1
120
1k
100
0
–100
GAIN = 100
80
60
BANDWIDTH
LIMIT
40
GAIN = 10
–200
IBIAS (–IN)
GAIN = 1
20
–1.0
–0.5
0
0.5
1.0
1.5
2.0
DIFFERENTIAL INPUT VOLTAGE (V)
0
0.1
09945-020
–1.5
1
10
100
1k
10k
100k
FREQUENCY (Hz)
图22. 输入偏置电流与差分输入电压的关系，VS = ±15
图25. 负PSRR与频率的关系，RTI，VS = ±15 V
100
70
VS = ±15V
GAIN = 1000
60
50
80
GAIN = 100
40
GAIN (dB)
GAIN = 1000
60
GAIN = 100
40
GAIN = 10
100
10
GAIN = 1
–20
1k
FREQUENCY (Hz)
10k
100k
09945-500
10
GAIN = 10
20
–10
GAIN = 1
1
30
0
BANDWIDTH
LIMIT
20
0
0.1
100k
GAIN = 1000
200
–400
–2.0
10k
VS = ±15V
100
NEGATIVE PSRR (dB)
INPUT BIAS CURRENT (nA)
SPECIFIED
PERFORMANCE RANGE
–300
PSRR (dB)
100
图24. 正PSRR与频率的关系，RTI，VS = ±15 V
400
IBIAS (+IN)
10
FREQUENCY (Hz)
图21. 输入偏置电流与共模电压的关系
300
GAIN = 1
1
09945-323
IBIAS (+IN)
IBIAS (–IN)
09945-324
5
–2.0
图23. 5 V电源上PSRR与频率的关系
–30
1
10
100
1k
10k
FREQUENCY (Hz)
图26. 增益与频率的关系
Rev. 0 | Page 12 of 28
100k
1M
09945-023
10
09945-019
INPUT BIAS CURRENT (nA)
35
AD8420
70
60
120
VS = 2.7V
GAIN = 1000
100
50
GAIN = 100
80
30
CMRR (dB)
GAIN = 10
20
10
60
GAIN = 1
0
40
–10
20
–20
1
10
100
1k
10k
100k
1M
FREQUENCY (Hz)
VS = ±15V
VCM = ±10V
0
09945-024
–30
0
0.1
0.2
图27. 增益与频率的关系，2.7 V单电源供电
140
VS = ±15V
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
图30. CMRR与差分输入电压的关系
120
BANDWIDTH
LIMIT
0.3
DIFFERENTIAL INPUT VOLTAGE (V)
09945-329
GAIN (dB)
40
GAIN = 1000
110
120
VS = 5V
100
SUPPLY CURRENT (µA)
100
CMRR (dB)
GAIN = 100
80
60
GAIN = 10
GAIN = 1
40
90
80
70
60
50
40
20
100
1k
10k
100k
FREQUENCY (Hz)
20
–40
20
50
65
80
95
110
BIAS CURRENT (nA)
100
GAIN = 100
80
60
GAIN = 10
GAIN = 1
40
FREQUENCY (Hz)
1k
10k
100k
09945-328
100
图29. CMRR与频率的关系，RTI，1 kΩ非均衡信号源，VS = ±15 V
Rev. 0 | Page 13 of 28
200
–IN BIAS CURRENT
20
150
+IN BIAS CURRENT
15
100
10
50
5
20
10
125
250
25
GAIN = 1000
1
35
30
120
CMRR (dB)
5
图31. 电源电流与温度的关系，VS = +5 V
VS = ±15V
0
0.1
–10
TEMPERATURE (°C)
图28. CMRR与频率的关系，RTI，VS = ±15 V
140
–25
0
OFFSET CURRENT
0
–40
–25
–10
5
20
35
50
65
80
95
110
TEMPERATURE (°C)
图32. 输入偏置电流和输入失调电流与温度的关系
–50
125
09945-331
10
OFFSET CURRENT (pA)
1
09945-327
0
0.1
09945-027
30
AD8420
200
15
50
10
0
OFFSET CURRENT
–50
–25
–10
5
20
35
50
65
80
95
110
100
0
–100
–200
–100
125
–400
–40
TEMPERATURE (°C)
–25
–10
5
图33. FB、REF偏置电流和FB、REF失调电流与温度的关系
5
VIN = ±1V
800 VS = ±15V
4
65
80
95
110
125
REPRESENTATIVE DATA
NORMALIZED AT 25°C
VS = ±15V
2
200
0
PART B
–200
1
PART A: 0.024ppm/°C
0
–1
–400
–2
–25
–10
5
20
35
50
65
80
TEMPERATURE (°C)
–4
–40
09945-333
–1000
–40
PART B: 0.038ppm/°C
–3
REPRESENTATIVE DATA
NORMALIZED TO 25ºC
OUTPUT VOLTAGE SWING (V)
REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES
600
400
PART A
0
–200
PART B
–600
–10
5
20
35
TEMPERATURE (°C)
50
65
80
09945-334
REPRESENTATIVE DATA
NORMALIZED TO 25ºC
–25
20
35
50
65
80
+VS
VIN = ±0.1V
800 VS = ±15V
–1000
–40
5
95
110
125
图37. CMRR与温度的关系，G = 1，VS = ±15 V
1000
–400
–10
TEMPERATURE (°C)
图34. 增益误差与温度的关系，G = 1，VIN = ±1 V，VS = ±15 V
200
–25
09945-032
–600
–800
50
3
PART A
CMRR (µV/V)
GAIN ERROR (µV/V)
600
–800
35
图36. 失调漂移
1000
400
20
TEMPERATURE (°C)
图35. 增益误差与温度的关系，G = 1，VIN = ±0.1 V，VS = ±15 V
Rev. 0 | Page 14 of 28
RL = 20kΩ
–0.1
–0.2
–40°C
+25°C
+85°C
+125°C
–0.3
+0.3
+0.2
+0.1
–VS
2
8
10 6
12
4 16
18
SUPPLY VOLTAGE (±VS)
图38. 输出电压摆幅与电源电压的关系，RL = 20 kΩ
20
09945-035
0
–40
200
–300
09945-332
5
OFFSET VOLTAGE (µV)
+IN BIAS CURRENT
OFFSET CURRENT (pA)
100
NORMALIZED TO 25°C
300
150
–IN BIAS CURRENT
20
GAIN ERROR (µV/V)
BIAS CURRENT (nA)
25
400
09945-031
30
+VS
+VS
–0.2
–0.2
OUTPUT VOLTAGE SWING (V)
REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES
–0.4
–0.6
–0.8
–40°C
+25°C
+85°C
+125°C
+0.8
+0.6
VS = 5V
VREF = 2.5V
+0.4
+0.2
–0.4
–0.6
–40°C
+25°C
+85°C
+125°C
–0.8
+0.8
+0.6
+0.4
+0.2
10k
100k
1M
LOAD RESISTANCE (Ω)
–VS
0.1
09945-338
–VS
1k
1
OUTPUT CURRENT (mA)
图39. 输出电压摆幅与负载阻抗的关系，VS = 5 V
图42. 输出电压摆幅与输出电流的关系，VS = ±15
+VS
2k
–0.2
1k
–0.4
–0.6
–0.8
NOISE (nV/ Hz)
OUTPUT VOLTAGE SWING (V)
REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES
09945-340
OUTPUT VOLTAGE SWING (V)
REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES
AD8420
–40°C
+25°C
+85°C
+125°C
+0.8
+0.6
GAIN = 1
100
GAIN = 10
VS = 5V
VREF = 2.5V
+0.4
1
OUTPUT CURRENT (mA)
图40. 输出电压摆幅与负载阻抗的关系，VS = 5 V
20
0.1
GAIN = 100
1
10
100
1k
10k
100k
FREQUENCY (Hz)
图43. 电压噪声谱密度与频率的关系，RTI
15
5
0
–40°C
+25°C
+85°C
+125°C
–10
–15
1k
10k
100k
LOAD RESISTANCE (Ω)
1M
0.4µV/DIV
1s/DIV
图41. 输出电压摆幅与负载阻抗的关系，VS = ±15 V
图44. 0.1 Hz至10 Hz RTI电压噪声，G = 1
Rev. 0 | Page 15 of 28
09945-043
–5
09945-339
OUTPUT VOLTAGE SWING (V)
10
09945-042
–VS
0.1
09945-501
+0.2
AD8420
VS = ±5V
1V/DIV
1.78µs TO 0.1%
3.31µs TO 0.01%
100
0.02%/DIV
1
10
100
1k
10k
100k
FREQUENCY (Hz)
09945-348
20µs/DIV
10
09945-149
NOISE (fA/ Hz)
1k
图48. 大信号脉冲响应与建立时间的关系，G = 1
图45. 电流噪声谱密度与频率的关系
VS = ±5V
4.5V/DIV
67µs TO 0.1%
138µs TO 0.01%
1s/DIV
200µs/DIV
图46. 0.1 Hz至10 Hz电流噪声
30
图49. 大信号脉冲响应与建立时间的关系，G = 10
VS = ±5V
VS = ±15V, G = 15V/V
27
09945-150
1.5pA/DIV
09945-147
0.02%/DIV
21
18
4.5V/DIV
600ms TO 0.1%
1.04ms TO 0.01%
15
12
0.02%/DIV
9
VS = +5V, G = 5V/V
3
20ms/DIV
0
1
10
100
1k
10k
FREQUENCY (Hz)
100k
1M
图50. 大信号脉冲响应与建立时间的关系，G = 100
图47. 大信号频率响应
Rev. 0 | Page 16 of 28
09945-151
6
09945-148
OUTPUT VOLTAGE (V p-p)
24
4µs/DIV
20mV/DIV
图51. 小信号脉冲响应，G = 1，RL = 20 kΩ，CL = 100 pF
2ms/DIV
09945-054
20mV/DIV
09945-051
AD8420
图54. 小信号脉冲响应，G = 1000，RL = 20 kΩ，CL = 100 pF
NO LOAD
220pF
470pF
20µs/DIV
20mV/DIV
图52. 小信号脉冲响应，G = 10，RL = 20 kΩ，CL = 100 pF
09945-055
20mV/DIV
09945-052
780pF
5µs/DIV
图55. 各种容性负载条件下的小信号响应，G = 1，RL = ∞
90
200µs/DIV
80
75
70
65
60
55
50
0
5
10
15
20
25
30
SUPPLY VOLTAGE (V)
图53. 小信号脉冲响应，G = 100，RL = 20 kΩ，CL = 100 pF
图56. 电源电流与电源电压的关系
Rev. 0 | Page 17 of 28
35
40
09945-057
20mV/DIV
09945-053
SUPPLY CURRENT (µA)
85
AD8420
90
–20
TESTED WITH DUAL SUPPLIES
CENTERED AT 0V
–60
–80
–100
–120
–140
–160
–180
–200
0
8
12 4
16
20
24
28
SUPPLY VOLTAGE (V)
32
36
09945-502
OFFSET VOLTAGE (µV)
–40
图57. 失调电压与电源电压的关系
Rev. 0 | Page 18 of 28
AD8420
工作原理
图58. 原理示意图
架构
表7. 各种增益的推荐电阻，1%电阻
AD8420基于间接电流反馈拓扑结构，由三个放大器组成：
R1 (kΩ)
无
49.9
20
10
5
2
1
1
1
1
两个匹配跨导放大器，用于将电压转换为电流；一个积分
放大器，用于将电流转换为电压。
对于AD8420，假定所有初始电压和电流为零，直至在输入
+IN和−IN之间施加一个正差分电压。跨导放大器gm1将此
输入电压转换为电流I1。由于gm2两端的电压最初为零，I2
为零，I3等于I1。
I3集成到输出端，导致输出电压VOUT增加。此电压继续增
加，直至gm1输入端的差分输入电压复制到gm2输入端，产
生等于I1的电流(I2)。这样，差分电流I3便降至零，使输出
保持在稳定电压下。图58所示配置中的增益由R2和R1设
R2 (kΩ)
短路
49.9
80.6
90.9
95.3
97.6
100
200
499
1000
Gain
1.00
2.00
5.03
10.09
20.06
49.8
101
201
500
1001
虽然R2与R1之比决定增益，但电阻绝对值由设计人员选
择。较大电阻值可降低功耗和输出负载；较小值可限制FB
输入偏置电流和失调电流误差。为了获得最佳输出摆幅和
置。
在传统仪表放大器中，输入共模电压可限制可用输出摆
幅，通常用六边形曲线图来描述。由于AD8420将输入差分
信号转换为电流，此限制对它不适用。当采用接近某一供
失真性能，应确保(R1 + R2) || RL ≥ 20 kΩ。
在限制FB偏置电流误差的同时提供大反馈电阻值的一种方
法是，将值为R1 || R2的电阻与REF引脚串联放置，如图59
所示。在较高增益下，此电阻可与R1相同。
电轨的共模电压放大信号时，这一点尤其重要。
为了提高鲁棒性和易用性，AD8420的输入端内置过压保护
特性。此保护方案可在不损坏器件的前提下提供很宽的输
入差分电压。
设置增益
AD8420的传递函数为：
VOUT = G(V+IN − V−IN) + VREF
其中：
图59. 消除FB输入偏置电流的误差
Rev. 0 | Page 19 of 28
AD8420
增益精度
输入保护
不同于大多数仪表放大器，AD8420的增益精度取决于两个
进入AD8420输入端的电流在内部进行限制。这可以确保限
增益设置电阻的相对匹配，而非单个电阻。例如，如果两
制内部放大器上差分电压的二极管在开启时不会吸取过多
个电阻具有完全相同的绝对值，则增益中无误差。相反，
电流。无论应用何种增益，器件均可在无损坏的前提下处
两个1%电阻在高增益下可造成约2%的最大增益误差。增
理大差分输入电压。因此，AD8420输入可不受超出正供电
益设置电阻的温度系数失配可增加仪表放大器电路的增益
轨的电压的影响。如果预期电压将超过负供电轨，必须使
漂移。由于这些外部电阻不必匹配任何片内电阻，具有良
用外部保护。
好TC跟踪的电阻可实现极佳的增益漂移。
AD8420的所有引脚应保持在绝对最大额定值部分指定的电
当输入端的差分电压接近差分输入限值时，二极管开始导
压范围内。AD8420的所有引脚均提供ESD保护。
电，从而限制输入端上的电压。这可以看作大差分输入导
致增益误差增加。AD8420的性能是针对−40°C至+85°C范
围内的±1 V差分输入而言。不过，在较高温度下，二极管
的正向电压被降低，将差分输入限制在更小电压上。图60
在工作温度范围内跟踪1%误差，以显示温度对输入限值的
影响。
对于需要避免超出负供电轨的应用，一个选择是使用与各
输入串联的外部电阻来限制过载条件下的电流。在此情况
下，电阻大小应将进入AD8420的电流限制在6 mA。
尽管AD8420输入必须保持在−VS + 40 V限值内，保护电阻
2.0
NEGATIVE VOLTAGE
两端的I × R压降会将正极保护增加至约为
VS = ±15V
1.8
1.6
1.4
另一保护方法是将二极管放置在AD8420输入端，以限制电
POSITIVE VOLTAGE
压，并与输入串联地放置电阻，以限制进入这些二极管的
1.2
电流。为了在正常工作时将输入偏置电流保持在最小值，
1.0
应使用低泄漏二极管箝位，例如BAV199。AD8420还能与
0.8
TVS二极管(如PTVSxS1UR)配合使用。
0.6
0.4
0.2
0
–40
–25
–10
5
20
35
50
65
80
TEMPERATURE (°C)
95
110
125
09945-503
MAXIMUM INPUT VOLTAGE (1% ERROR)
输入电压超出供电轨
输入电压范围
AD8420的 容 许 输 入 范 围 远 比 传 统 架 构 简 单 。 为 了 让
SIMPLE METHOD
图61. 电压超出供电轨保护
AD8420的传递函数生效，输入电压应遵循以下两条规则：
•
•
ALTERNATE METHOD
09945-160
图60. 差分输入限值与温度的关系
大差分输入电压
将差分输入电压保持在±1 V内。
将+IN、−IN、REF和FB引脚上的电压保持在额定输入电
压范围内。
AD8420可在不损坏器件的前提下处理大差分输入电压。过
压性能请参考图9、图10、图11和图12。AD8420差分电压
在内部被二极管限制在±1 V。如果超出此限值，二极管开
由于输出摆幅完全与输入共模电压无关，无任何六边形曲
始导电并吸取电流，如图22所示。此电流被内部限制在对
线或复杂公式可供遵循，且放大器对具有变化共模的输入
AD8420安全的值，但如果系统无法接受输入电流，则与各
信号无任何输出摆幅限制。
输入串联地放置电阻，电阻值如下：
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AD8420
布局
基准电压
整个频率范围内的共模抑制比
AD8420的输出电压是相对于基准引脚上的电位而言的。应
若布局不当，会导致部分共模信号转换为差分信号，而后
注意将REF连接至适当的局部地。输入端的差分电压在
到达仪表放大器。此转换可在正输入引脚路径与负输入引
REF与FB引脚间再现；因此，必须通过设置VREF使FB上的
脚路径具有不同频率响应时发生。要获得最佳的VMRR与
电压不超过输入范围。
频率性能，每个路径的输入源阻抗和电容需要严格匹配。
驱动基准引脚
其中包括将引脚1连接到−VS，后者与寄生电容和输入与相
传统仪表放大器架构需要使用低阻抗源驱动基准引脚。在
邻引脚间的泄露匹配。输入路径的附加源电阻(例如，用于
这些架构中，基准引脚上的阻抗会降低CMRR和增益精
输入保护的)需要靠近仪表放大器的输入端放置，这样可以
度。而对于AD8420架构，基准引脚上的电阻对CMRR无影响。
使其与印刷电路板(PCB)走线产生的寄生电容的相互作用
+IN
降到最低。
电源
VOUT
AD8420
使用稳定的直流电压给仪表放大器供电。电源引脚上的噪
FB
图24和图25中的电源抑制比(PSRR)性能曲线。
G=1+
尽可能靠近各电源引脚放置一个0.1 μF电容。如图62所示，离
该器件较远的位置可以用一个10 μF钽电容。此电容设计为
电路间的走线应尽可能短，以便将走线寄生电感与共享电
容的相互作用降到最低。
R2 + RREF
R1
R1
RREF
R2
09945-062
声会对器件性能产生不利影响。欲了解更多信息，请参见
在低频率下生效，通常可由其他精密集成电路共享。集成
REF
–IN
VREF
图63. 使用基准电阻计算增益
基准引脚上的电阻不会影响AD8420的增益，但如果此电阻
是恒定的，可调整增益设置电阻进行补偿。例如，可使用
如图64所示的分压器驱动AD8420。
+VS
+IN
0.1µF
10µF
VOUT
AD8420
FB
+IN
VOUT
AD8420
REF
–IN
VS
R1
R2
0.1µF
–VS
R2
G=1+
10µF
R2 + R3||R4
R4
R1
图64. 使用分压器设置基准电压
09945-060
R1
–IN
图62. 电源去耦、REF及输出以局部地为参考
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09945-063
R3
AD8420
图65. 创建一条IBIAS 路径
输入偏置电流回路
AD8420的输入偏置电流必须有一个对地的返回路径。当热
电偶等信号源无法提供电流回路时，应创建一条返回路
径，如图65所示。
射频干扰(RFI)
所有仪表放大器均可整流高频带外信号。经过整流后，这
些信号会在输出端表现出直流失调误差。高频信号可以通
过仪表放大器输入端的低通RC网络滤除，如图66所示。滤
波器根据以下关系式对输入信号带宽加以限制：
图66. 建议的RFI抑制滤波器
CD影响差分信号，CC影响共模信号。所选R和CC值是为了
最大程度地减少带外RFI，但代价是信号带宽降低。正输
入端R × CC与负输入端R × CC的不匹配会降低AD8420的
其中CD ≥ 10 CC。
CMRR性能。使CD的值至少比CC大一个数量级，可以降低
不匹配的影响，从而改善性能。
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AD8420
输出缓冲
由于ADA4692-2是双通道运算放大器，另一运算放大器现
AD8420旨在驱动20 kΩ或更大的负载，但可在更低的输出
在可用作有源滤波器级，或者在同一PCB上缓冲另一个
电压摆幅下将最高10 mA的电流传递至更大的负载(参见图
AD8420输出。图68所示为如何使用此第二运算放大器的另
42)。如果需要更大的输出电流，可使用精密运算放大器对
一建议。此电路中，电位计游标产生的电压由ADA4692-2
AD8420的输出进行缓冲。图67给出了ADA4692-2作为单电
缓冲，从而提供输出的可变电平转换。高于和低于电位计
源使用时的建议配置。使用5 V单电源时，此低功耗运算放大
的电阻将缩小总电平转换范围，但会增加精度。如果将电
器的输出可在1 V至4 V间摆动，同时提供30 mA以上的源电
位计直接连接到AD8420的REF引脚，可变电阻将产生增益
流或吸电流。使用此配置时，AD8420上的负载约为R1 + R2。
误差。电位计可在硬件或软件中调谐，具体视所选电位计
的类型而定。有关ADI公司的数字电位计列表，请访问
+5V
www.analog.com/digipots/.
+VS 0.1µF
+5V
+VS 0.1µF
ADA4692-2
–VS
R1
VOUT
R2
VIN
VREF
–VS
AD8420
VOUT
0.1µF
CW
R1
R2
REF
图67. 输出缓冲
ADA4692-2
SUGGESTION FOR SECOND
AMPLIFIER: VARIABLE
LEVEL SHIFT WITHOUT
AFFECTING GAIN
图68. 可变电平转换
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R
W
CCW
R
09945-066
AD8420
09945-065
VIN
0.1µF
AD8420
应用信息
AD8420在心电图(ECG)中的应用
REF和FB引脚上打破跨导放大器平衡。在稳定状态下，输
高通滤波器通常用于ECG信号调理电路内，以移除电极失
入端失调不会传递到输出端，且可获得并传递频率更高的
调和运动伪像。为了避免降低系统的输入阻抗和CMRR，
信号。以此方式使用AD8420，失调容差近乎于器件的差分
此滤波过程通常在仪表放大器之后实施，以便限制仪表放
输入范围(±1 V)。
大器可能带来的增益。
图69显示ECG前端，它在抑制直流和高频的同时对信号采
对于3运放仪表放大器，增益在第一级内施加。因此会产
用100的增益。此电路将AD8420与低功耗、低成本、双通
生电极失调，该失调随后必须使用高通滤波器予以移除。
道精密CMOS运算放大器AD8657配合使用。
在AD8420架构中，该失调可在输入级内解决，方法是在
图69. AD8420在ECG前端中的应用
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AD8420
经典桥接电路
4 mA至20 mA单电源接收机
图70显示了AD8420用于放大经典电阻电桥信号时的配置。
80 μA的最大电源电流、低至地电压以下的输入范围以及低
该电路以双电源模式或单电源模式工作。通常，为仪表放
漂移特性使AD8420成为4 mA至20 mA环路的上佳选择。图
大器供电的电压便可激励电桥。将电桥底部连接到仪表放
71显示4 mA至20 mA传感器的信号如何与AD8420接口。4 mA
大器的负电源，可设置输入共模电压，该电压处于电源电
至20 mA传感器的信号是单端信号，这意味着需要使用简
压的中间。REF引脚上的电压可根据应用需要而改变。例
单的接地分流电阻来将电流转换为电压。不过，返回路径
如，将REF引脚连接至模数转换器(ADC)的VREF引脚，该
(至传感器)内的任何线路电阻会增加电流相关失调误差；
ADC的输入范围为(VREF ± VIN)。AD8420的可用输出摆幅为
因此必须以差分方式检测电流。
(−VS + 100 mV)至(+VS − 150 mV)时，最大可编程增益即等
此示例中，5 Ω分流电阻在AD8420的输入端产生20 mV(对
于此输出范围除以输入范围。
于4 mA输入)与100 mV(对于20 mA输入)之间的差分电压，
且具有极低的共模值。使用所示的增益电阻时，AD8420可
将100 mV输入电压放大40倍，达到4.0 V。
图70. 经典桥接电路
图71. 4 mA至20 mA接收机电路
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AD8420
外形尺寸
3.20
3.00
2.80
8
3.20
3.00
2.80
1
5.15
4.90
4.65
5
4
PIN 1
IDENTIFIER
0.65 BSC
0.95
0.85
0.75
15° MAX
1.10 MAX
0.40
0.25
6°
0°
0.23
0.09
COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-187-AA
0.80
0.55
0.40
10-07-2009-B
0.15
0.05
COPLANARITY
0.10
图72. 8引脚超小型封装[MSOP](RM-8)
尺寸单位：mm
订购指南
型号1
AD8420ARMZ
AD8420ARMZ-R7
AD8420ARMZ-RL
1
温度范围
−40°C至+85°C
−40°C至+85°C
−40°C至+85°C
封装描述
8引脚超小型封装[MSOP]，卷带
8引脚超小型封装[MSOP]，7英寸卷带和卷盘
8引脚超小型封装[MSOP]，13英寸卷带和卷盘
Z = RoHS兼容器件。
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封装选项
RM-8
RM-8
RM-8
标识
Y3Y
Y3Y
Y3Y
AD8420
注释
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AD8420
注释
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registered trademarks are the property of their respective owners.
D09945sc-0-3/12(0)
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