低增益漂移精密仪表放大器 AD8228 特性 连接图 –IN 1 8 +VS G1 2 7 VOUT G2 3 6 REF +IN 4 5 –VS AD8228 07035-001 易于使用 引脚绑定的增益：10和100 宽电源电压范围：±2.3 V至±18 V 直流规格（B级，G = 10） 增益漂移：2 ppm/°C 增益误差：0.02% 输入失调电压：50 µV(最大值) 输入失调漂移：0.8 µV/°C(最大值) 输入偏置电流：0.6 nA(最大值) CMRR：100 dB 交流规格 –3 dB带宽：650 kHz (G = 10) 压摆率：2 V/μs 低噪声 8 nV/√Hz (1 kHz, G = 100) 0.3 μV p-p(0.1 Hz至10 Hz，G = 100) TOP VIEW (Not to Scale) 图1 应用 表1. 仪表放大器分类 电子秤 工业过程控制 桥式放大器 精密数据采集系统 医疗仪器 应变计 传感器接口 通用 零漂移 AD8220 AD8221 AD8222 AD82241 AD8228 1 1 AD8231 AD85531 AD85551 AD85561 AD85571 1 军用级 低功耗 高速PGA AD620 AD621 AD524 AD526 AD624 AD627 AD6231 AD8250 AD8251 AD8253 1 轨到轨输出。 概述 AD8228是一款高性能仪表放大器，具有非常高的增益精 AD8228可以采用单电源或双电源供电。电源电压最高可达 度。由于所有增益设置电阻均内置并经过激光调整，因此 ±18 V，因此它特别适合高共模输入电压的应用。AD8228 该器件的增益精度和增益漂移性能优于典型的仪表放大 提供8引脚MSOP和SOIC两种封装。 器。 该器件所有等级的额定温度范围均为−40°C至+85°C工业温 低电压失调、低失调漂移、低增益漂移、高增益精度和高 度范围。此外，AD8228也能在−40°C至+125°C范围内工 共模抑制比特性，使这款器件成为需要具备最佳直流性能 作。欲了解引脚兼容、具有类似规格但增益范围为1至 应用(如桥式信号调理)的绝佳选择。 1000的仪表放大器，请参考AD8221。 Rev. 0 Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 www.analog.com Fax: 781.461.3113 ©2008 Analog Devices, Inc. All rights reserved. ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 AD8228 目录 特性.................................................................................................... 1 应用.................................................................................................... 1 概述.................................................................................................... 1 连接图 ............................................................................................... 1 修订历史 ........................................................................................... 2 技术规格 ........................................................................................... 3 增益 = 10 ....................................................................................... 3 增益 = 100 ..................................................................................... 5 绝对最大额定值.............................................................................. 7 热阻................................................................................................ 7 ESD警告 ........................................................................................ 7 引脚配置和功能描述 ..................................................................... 8 典型工作特性 .................................................................................. 9 工作原理 ......................................................................................... 16 架构............................................................................................. 16 设置增益.................................................................................... 16 共模输入电压范围 .................................................................. 16 基准引脚.................................................................................... 17 布局............................................................................................. 17 输入保护.................................................................................... 18 射频干扰(RFI) .......................................................................... 18 应用信息 ......................................................................................... 19 差分驱动.................................................................................... 19 精密应变计................................................................................ 19 驱动差分ADC........................................................................... 19 外形尺寸 ......................................................................................... 20 订购指南.................................................................................... 21 修订历史 2008年7月—修订版0：初始版 Rev. 0 | Page 2 of 24 AD8228 技术规格 增益 = 10 除非另有说明，VS = ±15 V，VREF = 0 V，TA = 25°C，RL = 2 kΩ，所有规格均折合到输入端。 表2 参数 共模抑制比(CMRR) DC至60 Hz的CMRR，1 kΩ 非均衡信号源 2 kHz时的CMRR 噪声 电压噪声 电流噪声 失调电压 失调 全温度范围 平均温度系数(TC) 失调与电源的关系(PSR) 输入电流 输入偏置电流 全温度范围 平均温度系数(TC) 输入失调电流 全温度范围 平均温度系数(TC) 基准输入 RIN IIN 电压范围 输出增益 动态响应 小信号-3 dB带宽 0.01%建立时间 0.001%建立时间 压摆率 增益 增益误差 增益非线性度 RL = 10 kΩ RL = 2 kΩ 增益与温度的关系 输入 输入阻抗 差分 共模 输入工作电压范围1 全温度范围 输入工作电压范围1 全温度范围 A级 典型值 B级 典型值 条件 (增益 = 10) 最小值 VCM = −10 V 至 +10 V 94 100 dB VCM = −10 V 至 +10 V VIN+ = VIN− = VREF = 0 V 90 100 dB f = 1 kHz f = 0.1 Hz 至 10 Hz f = 1 kHz f = 0.1 Hz 至 10 Hz Referred to input, VS = ±5 V 至 ±15 V 最大值 最小值 15 0.5 40 6 104 120 0.5 T = −40°C 至 +85°C T = −40°C 至 +85°C 1 0.2 T = −40°C 至 +85°C T = −40°C 至 +85°C 1 VIN+ = VIN− = VREF = 0 V 20 50 2 nV/√Hz µV p-p fA/√Hz pA p-p 50 100 0.8 µV µV µV/°C dB 1.5 2.0 0.6 1 nA nA pA/°C nA nA pA/°C 120 0.4 1 0.1 0.6 0.8 0.4 0.6 1 1 ± 0.0001 1 ± 0.0001 kΩ µA V V/V 650 6 9 2.5 650 6 9 2.5 kHz µs µs V/µs −VS 10 V step 10 V step 106 60 +VS 20 50 单位 15 0.5 40 6 90 180 1.5 T = −40°C 至 +85°C T = −40°C 至+85°C 最大值 −VS 2 60 +VS VOUT = −10 V 至 +10 V 0.07 3 3 1 10 10 10 3 3 1 100||2 100||2 VS = ±2.3 V 至 ±5 V T = −40°C 至 +85°C VS = ±5 V 至 ±18 V T = −40°C 至 +85°C −VS + 1.9 −VS + 2.0 −VS + 1.9 −VS + 2.0 Rev. 0 | Page 3 of 24 0.02 % 10 10 2 ppm ppm ppm/°C +VS − 1.1 +VS − 1.2 +VS − 1.2 +VS − 1.2 GΩ||pF GΩ||pF V V V V 100||2 100||2 +VS − 1.1 +VS − 1.2 +VS − 1.2 +VS − 1.2 −VS + 1.9 −VS + 2.0 −VS + 1.9 −VS + 2.0 AD8228 参数 输出 输出摆幅 全温度范围 输出摆幅 全温度范围 短路电流 电源 工作范围 静态电流 全温度范围 温度范围 额定性能 工作范围2 1 2 条件 (增益 = 10) 最小值 RL = 10 kΩ VS = ±2.3 V 至 ±5 V T = −40°C 至 +85°C VS = ±5 V 至 ±18 V T = –40°C 至 +85°C −VS + 1.1 −VS + 1.4 −VS + 1.2 −VS + 1.6 A级 典型值 最大值 最小值 +VS − 1.2 +Vs − 1.3 +VS − 1.4 +VS − 1.5 −VS + 1.1 −VS + 1.4 −VS + 1.2 −VS + 1.6 18 VS = ±2.3 V 至 ±18 V ±2.3 0.85 1 T = −40°C 至 +85°C −40 −40 最大值 单位 +VS − 1.2 +VS − 1.3 +VS − 1.4 +VS − 1.5 V V V V mA ±18 1 1.2 V mA mA +85 +125 °C °C 18 ±18 1 1.2 ±2.3 +85 +125 −40 −40 0.85 1 在输入电压范围限值附近工作可能会降低可用的输出范围。输入共模范围与输出电压的关系参见图10和图11。 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。 Rev. 0 | Page 4 of 24 B级 典型值 AD8228 增益 = 100 除非另有说明，VS = ±15 V，VREF = 0 V，TA = 25°C，RL = 2 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的CMRR，1 kΩ 非均衡信号源 2 kHz时的CMRR 噪声 电压噪声 电流噪声 失调电压 失调 全温度范围 平均温度系数(TC) 失调与电源的关系(PSR) 输入电流 输入偏置电流 全温度范围 平均温度系数(TC) 输入失调电流 全温度范围 平均温度系数(TC) 基准输入 RIN IIN 电压范围 输出增益 动态响应 小信号-3 dB带宽 0.01%建立时间 0.001%建立时间 压摆率 增益 增益误差 增益非线性度 RL = 10 kΩ RL = 2 kΩ 增益与温度的关系 输入 输入阻抗 差分 共模 输入工作电压范围1 全温度范围 输入工作电压范围1 全温度范围 A级 最大值 B级 条件 (增益 = 10) 最小值 VCM = −10 V 至 +10 V 114 120 dB VCM = −10 V 至 +10 V VIN+ = VIN− = VREF = 0 V 100 105 dB f = 1 kHz f = 0.1 Hz 至 10 Hz f = 1 kHz f = 0.1 Hz 至 10 Hz 折合到输入端， VS = ±5 V 至 ±15 V 典型值 最小值 典型值 8 0.3 40 6 118 140 0.5 T = −40°C 至 +85°C T = −40°C to +85°C 1 0.2 T = −40°C 至 +85°C T = −40°C 至 +85°C 1 VIN+ = VIN− = VREF = 0 V 20 50 2 nV/√Hz µV p-p fA/√Hz pA p-p 50 80 0.5 µV µV µV/°C dB 1.5 2.0 0.6 1 nA nA pA/°C nA nA pA/°C 140 0.4 1 0.1 0.6 0.8 0.4 0.6 1 1 ± 0.0001 1 ± 0.0001 kΩ µA V V/V 110 13 15 2.5 110 13 15 2.5 kHz µs µs V/µs −V S 10 V step 10 V step 124 60 +VS 20 50 单位 8 0.3 40 6 90 140 0.9 T = −40°C 至 +85°C T = −40°C 至 +85°C 最大值 −VS 2 60 +VS VOUT = −10 V 至 +10 V 0.1 5 15 1 15 45 10 5 15 1 100||2 100||2 V S = ±2.3 V 至 ±5 V T = −40°C 至 +85°C VS = ±5 V 至 ±18 V T =−40°C 至 +85°C −VS + 1.9 −VS + 2.0 −VS + 1.9 −VS + 2.0 0.05 % 15 45 2 ppm ppm ppm/°C +VS − 1.1 +VS − 1.2 +VS − 1.2 +VS − 1.2 GΩ||pF GΩ||pF V V V V 100||2 100||2 +VS − 1.1 +VS − 1.2 +VS − 1.2 +VS − 1.2 −VS + 1.9 −VS + 2.0 −VS + 1.9 −VS + 2.0 AD8228 参数 输出 输出摆幅 全温度范围 输出摆幅 全温度范围 短路电流 电源 工作范围 静态电流 全温度范围 温度范围 额定性能 工作范围2 1 2 条件 (增益 = 10) RL = 10 kΩ VS = ±2.3 V 至±5 V T = −40°C 至 +85°C VS = ±5 V 至 ±18 V T = −40°C 至 +85°C 最小值 A级 典型值 −VS + 1.1 −VS + 1.4 −VS + 1.2 −VS + 1.6 最大值 最小值 +VS − 1.2 +Vs − 1.3 +VS − 1.4 +VS − 1.5 −VS + 1.1 −VS + 1.4 −VS + 1.2 −VS + 1.6 18 VS = ±2.3 V 至 ±18 V ±2.3 0.85 1 T = −40°C 至 +85°C −40 −40 最大值 单位 +VS − 1.2 +VS − 1.3 +VS − 1.4 +VS − 1.5 V V V V mA ±18 1 1.2 V mA mA +85 +125 °C °C 18 ±18 1 1.2 ±2.3 +85 +125 −40 −40 0.85 1 在输入电压范围限值附近工作可能会降低可用的输出范围。输入共模范围与输出电压的关系参见图12和图13。 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。 Rev. 0 | Page 6 of 24 B级 典型值 AD8228 绝对最大额定值 表4 参数 电源电压 输出短路电流 输入电压(共模) 差分输入电压 存储温度范围 工作温度范围1 最高结温 ESD 人体模型 充电器件模型 热阻 额定值 ±18 V 不定 ±VS ±VS −65°C 至 +150°C −40°C 至 +125°C 140°C θJA是针对暴露于空气中的器件而言。 表5 封装 8引脚MSOP，4层JEDEC板 8引脚SOIC，4层JEDEC板 θJA 135 121 单位 °C/W °C/W ESD警告 2 kV 1 kV ESD(静电放电)敏感器件。 1 额定温度范围为−40°C至+85°C。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。 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，不表示在这些条件下或者在任何其 它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，器件能 够正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器 件的可靠性。 Rev. 0 | Page 7 of 24 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。 AD8228 引脚配置和功能描述 –IN 1 8 +VS G1 2 7 VOUT G2 3 6 REF AD8228 5 –VS TOP VIEW (Not to Scale) 07035-004 +IN 4 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 −IN G1, G2 +IN −VS REF VOUT +VS 描述 负输入。 增益引脚。短接在一起时，增益为100；不连接时，增益为10。 正输入。 负电源。 基准电压源。 输出。 正电源。 Rev. 0 | Page 8 of 24 AD8228 典型工作特性 除非另有说明，T = 25°C，VS = ±15 V，RL = 10 kΩ。 MEAN: –5.5 SD: 12.4 70 MEAN: 0.20 SD: 0.12 100 60 80 HITS HITS 50 40 30 60 40 20 20 –100 –50 0 50 G10 SYSTEM VOS RTI @ 15V (µV) 100 0 07035-043 0 –1.0 图3. 输入失调电压的典型分布图(G = 10) 100 MEAN: 0.29 SD: 0.27 80 50 40 60 HITS HITS 1.5 图6. 输入失调电压漂移的典型分布图(G = 100) MEAN: –0.079 SD: 0.27 60 –0.5 0 0.5 1.0 G100 SYSTEM VOS DRIFT RTI (µV) 07035-047 10 30 40 20 –1.0 –0.5 0 0.5 G10 SYSTEM VOS DRIFT RTI (µV) 1.0 1.5 0 –3 07035-045 0 –1.5 图4. 输入失调电压漂移的典型分布图(G = 10) –2 –1 0 1 CMRR G100 RTI (µV/V) 2 3 07035-048 20 10 图7. CMRR典型分布图(G = 100) MEAN: 7.1 SD: 10.1 MEAN: 0.42 SD: 0.08 120 80 100 60 HITS HITS 80 40 60 40 20 –100 –50 0 50 G100 SYSTEM VOS RTI @ 15V (µV) 100 0 07035-046 0 图5. 输入失调电压的典型分布图(G = 100) –0.5 0 0.5 1.0 NEG IBIAS CURRENTS ±15V (nA) 图8. 输入偏置电流的典型分布图 Rev. 0 | Page 9 of 24 1.5 07035-049 20 AD8228 5 INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V) 4 80 HITS 60 40 0 –0.6 –0.4 –0.2 0 0.2 IOS @ 15V (nA) 0.4 0.6 07035-050 20 VS = ±5V 3 2 1 0 VS = ±2.5V –1 –2 –3 –4 –5 –5 图9. 输入失调电流的典型分布图 –4 –3 –2 –1 0 1 2 OUTPUT VOLTAGE (V) 3 4 5 07035-035 MEAN: –0.097 SD: 0.07 图12. 输入共模电压与输出电压的关系 (VS = ±2.5 V、±5 V，G =100) 5 15 2 1 0 VS = ±2.5V –1 –2 –3 –4 –4 –3 –2 –1 0 1 2 OUTPUT VOLTAGE (V) 3 4 5 VS = ±15V 5 0 –5 –10 –15 –15 10 15 0.60 15 0.55 10 INPUT BIAS CURRENT (nA) VS = ±15V 5 0 –5 –10 +IN IBIAS, ±15V SUPPLIES 0.50 –IN IBIAS, ±15V SUPPLIES 0.45 0.40 +IN IBIAS, ±5V SUPPLIES 0.35 –IN IBIAS, ±5V SUPPLIES 0.30 0.25 –10 –5 0 5 OUTPUT VOLTAGE (V) 10 15 0.20 –15 07035-034 INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V) –5 0 5 OUTPUT VOLTAGE (V) 图13. 输入共模电压与输出电压的关系 (VS = ±15 V，G =100) 图10. 输入共模电压与输出电压的关系 (VS = ±2.5 V、±5 V，G =10) –15 –15 –10 图11. 输入共模电压与输出电压的关系 (VS = ±15 V，G =10) –10 –5 0 5 COMMON-MODE VOLTAGE (V) 10 图14. 输入偏置电流与共模电压的关系 Rev. 0 | Page 10 of 24 15 07035-051 –5 –5 10 07035-036 INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V) VS = ±5V 3 07035-033 INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V) 4 2.00 160 1.75 140 NEGATIVE PSRR (dB) 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 G = 100 120 G = 10 100 80 60 0 0.01 0.1 1 WARM-UP TIME (Minutes) 10 20 0.1 1 10 4 70 3 60 +IN IBIAS 1M 1 0 –IN IBIAS G = 100 40 IOS 30 G = 10 20 10 0 –2 –10 –3 –20 0 20 40 60 80 TEMPERATURE (°C) 100 120 140 –30 100 1k 图16. 输入偏置电流和失调电流与温度的关系 1M 10M 图19. 增益与频率的关系 150 160 140 100 G = 100 G = 10 GAIN ERROR (µV/V) 120 G = 10 100 80 60 50 0 G = 100 –50 1k 10k FREQUENCY (Hz) 100k 1M –150 –45 –30 –15 07035-012 100 图17. 正PSRR与频率的关系，RTI 0 15 30 45 60 75 TEMPERATURE (°C) 90 图20. 增益误差与温度的关系 Rev. 0 | Page 11 of 24 105 120 135 07035-007 –100 40 20 10 10k 100k FREQUENCY (Hz) 07035-019 –20 07035-052 –4 –40 POSITIVE PSRR (dB) 100k 50 2 –1 10k 图18. 负PSRR与频率的关系 GAIN (dB) INPUT BIAS CURRENT (nA) 图15. 输入失调电压变化与预备时间的关系 100 1k FREQUENCY (Hz) 07035-013 40 0.25 07035-002 CHANGE IN INPUT OFFSET VOLTAGE (µV) AD8228 AD8228 140 +VS – 0 G = 100 INPUT VOLTAGE LIMIT (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES +VS – 0.4 120 CMRR (dB) G = 10 100 80 60 +VS – 0.8 +VS – 1.2 +VS – 1.6 +VS – 2.0 –VS + 2.0 –VS + 1.6 –VS + 1.2 –VS + 0.8 1 10 100 1k FREQUENCY (Hz) 10k 100k 1M –VS + 0 07035-039 0 0 5 图21. CMRR与频率的关系，RTI 15 20 图24. 输入电压限制与电源电压的关系 140 +VS – 0 +VS – 0.4 120 OUTPUT VOLTAGE LIMIT (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES G = 100 CMRR (dB) 10 SUPPLY VOLTAGE (±V) 07035-014 –VS + 0.4 40 G = 10 100 80 60 +VS – 0.8 RL = 10kΩ +VS – 1.2 +VS – 1.6 RL = 2kΩ +VS – 2.0 –VS + 2.0 –VS + 1.6 RL = 2kΩ –VS + 1.2 –VS + 0.8 RL = 10kΩ 0 1 10 100 1k FREQUENCY (Hz) 10k 100k 1M –VS + 0 07035-040 40 0 5 图22. CMRR与频率的关系（RTI，1 kΩ非均衡信号源） 10 SUPPLY VOLTAGE (±V) 15 20 图25. 输出电压摆幅与电源电压的关系 30 20 VS = ±15V 15 25 OUTPUT VOLTAGE (V p-p) 5 0 –5 –10 15 10 –20 0 20 40 60 80 TEMPERATURE (°C) 100 120 140 0 图23. CMR与温度的关系 1 10 100 LOAD RESISTANCE (Ω) 1k 图26. 输出电压摆幅与负载阻抗的关系 Rev. 0 | Page 12 of 24 10k 07035-020 –20 –40 20 5 –15 07035-008 CMR (µV/V) 10 07035-015 –VS + 0.4 AD8228 1k +VS –0 VOLTAGE NOISE RTI (nV/√Hz) OUTPUT VOLTAGE SWING (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGE –1 –2 –3 +3 +2 100 G = 10 10 G = 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 OUTPUT CURRENT (mA) 9 10 11 12 1 07035-021 –VS +0 1 图27. 输出电压摆幅与输出电流的关系（G = 1） 10 100 1k FREQUENCY (Hz) 10k 100k 07035-022 +1 –10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 OUTPUT VOLTAGE (V) 6 8 10 07035-016 0.2µV/DIV 1s/DIV 07035-023 ERROR (10ppm/DIV) 图30. 电压噪声谱密度与频率的关系 图31. 0.1 Hz至10 Hz折合到输入端电压噪声(G=10) 图28. 增益非线性度（G = 10，RL = 10 kΩ） –8 –6 –4 –2 0 2 4 OUTPUT VOLTAGE (V) 6 8 10 100 10 1 图29. 增益非线性度（G = 100，RL = 10 kΩ） 1 10 100 FREQUENCY (Hz) 1k 图32. 电流噪声谱密度与频率的关系 Rev. 0 | Page 13 of 24 10k 07035-030 –10 07035-029 ERROR (10ppm/DIV) CURRENT NOISE (fA/ Hz) 1000 AD8228 5pA/DIV 5V/DIV 1s/DIV 20µs/DIV 图33. 0.1 Hz至10 Hz电流噪声 07035-026 07035-031 0.002%/DIV 图36. 大信号脉冲响应与建立时间的关系 (G = 100) 30 VS = ±15V 20 15 G = 10, 100 5 10k 100k FREQUENCY (Hz) 1M 07035-024 4µs/DIV 0 1k 07035-027 20mV/DIV 10 图37. 小信号响应（G = 10，RL = 2 kΩ，CL = 100 pF） 图34. 大信号频率响应 5V/DIV 20µs/DIV 4µs/DIV 07035-028 20mV/DIV 0.002%/DIV 07035-025 OUTPUT VOLTAGE (V p-p) 25 图38. 小信号响应（G = 100，RL = 2 kΩ，CL = 100 pF） 图35. 大信号脉冲响应与建立时间的关系 (G = 10) Rev. 0 | Page 14 of 24 AD8228 15 20.0 G = 10 RL = 10kΩ G = 100 RL = 10kΩ SETTLING TIME (µs) 0.001% SETTLING TIME 0.01% SETTLING TIME 5 0.001% SETTLING TIME 15.0 12.5 0 0 5 10 15 OUTPUT VOLTAGE STEP SIZE (V p-p) 20 10.0 图39. 建立时间与阶跃大小的关系 (G = 10) 0 5 10 15 OUTPUT VOLTAGE STEP SIZE (V p-p) 图40. 建立时间与阶跃大小的关系 (G = 100) Rev. 0 | Page 15 of 24 20 07035-042 0.01% SETTLING TIME 07035-041 SETTLING TIME (µs) 17.5 10 AD8228 工作原理 I I VBIAS IB COMPENSATION A1 IB COMPENSATION A2 C1 10kΩ C2 +VS 10kΩ R1 22kΩ –IN 600Ω Q1 R2 22kΩ +VS V1 –VS +VS R3 4.889kΩ +VS Q2 –VS 10kΩ 600Ω REF +IN V2 –VS –VS G1 G2 –VS +VS 07035-018 +VS OUTPUT A3 10kΩ GAIN R4 –VS SET 489Ω 图41. 原理示意图 设置增益 架构 AD8228以传统的三运放拓扑结构为基础。这种拓扑由两级 AD8228的增益可以配置为10或100，且无需利用外部元 组成：一级提供差分放大的前置放大器，其后是一个消除 件。引脚2和引脚3开路时，增益为10；引脚2和引脚3短接 共模电压的差动放大器。图41显示了AD8228的原理示意 在一起时，增益为100(参见图42)。 G = 10 PIN 2 AND PIN 3 OPEN 第一级由放大器A1和A2、输入晶体管Q1和Q2、电阻R1至 +VS R4组成。A1、R1和Q1组成的反馈环路确保V1电压比负输 8 –IN 入电压低一个稳定的二极管压降。同样，V2比正输入电压 低一个稳定的二极管压降。因此，差分输入电压就被复制 到R3(增益引脚处于开路时)或R3||R4(增益引脚短路时)上。 +IN 1 +VS –IN 2 3 AD8228 4 6 5 7 VOUT +IN 1 8 2 3 AD8228 4 6 REF –VS 流过这个电阻的电流也必然流过电阻R1和R2，这就在A2 5 REF 7 VOUT –VS 图42. 设置增益 和A1输出端之间产生了经增益调节的差分信号。注意，作 为经增益调节的差分信号的附加产物，下移一个二极管压 G = 100 PIN 2 AND PIN 3 SHORTED 07035-003 图。 引脚2和引脚3开路时的传递函数为： 降电压的原始共模信号仍然存在。 VOUT = 10 × (VIN+ − VIN−) + VREF 第二级是差动放大器，由A3和4个10 kΩ电阻组成。这一级 引脚2和引脚3短接时的传递函数为： 的作用是消除放大后的差分信号上的共模信号。 VOUT = 100 × (VIN+ − VIN−) + VREF AD8228不需要外部电阻。精密电路的直流性能大部分取决 共模输入电压范围 于电阻的精度和匹配。AD8228上的电阻布局合理，严格匹 AD8228的三运放拓扑结构是先施加增益，然后消除共模电 配。各器件的电阻均经过激光调整和测试以确保匹配精 压。因此，AD8228的内部节点会遇到增益信号和共模信号 度。由于这种调整和测试，AD8228能够保证增益漂移、共 的合并信号。这一合并后的信号会受电源电压限制，即使 模抑制(CMRR)和增益误差等特性高度精确。 在单独输入和输出信号没有被限制的时候也是如此。图10 至图13显示了在多种输出电压和电源电压条件下所允许的 共模输入电压范围。 Rev. 0 | Page 16 of 24 AD8228 基准引脚 整个频率范围内的共模抑制比 AD8228的输出电压是相对于基准引脚上的电位而言的。这 AD8228在整个频率范围内具有高于典型仪表放大器的 在输出信号需要偏移到精确的中间电平时会很有用。例 CMRR，因此它对线路噪声及其相关谐波等的抗干扰性能 如，可以将一个电压源与REF引脚相连，对输出进行电平 更强。AD8228的引脚排列设计合理，电路板设计人员可以 转换，使AD8228可以驱动单电源ADC。REF引脚由ESD二 通过良好的布线充分发挥这一性能。 极管保护，该引脚不应超出+VS或–VS 的0.3 V以上。 若布局不当，会导致部分共模信号转换为差分信号，而后 为获得最好的性能，REF引脚的源阻抗应保持在1 Ω以下。 传送至仪表放大器。各输入路径的频率响应不同时，会进 如图41所示，基准引脚REF位于一个10 kΩ电 阻 的 一 端 。 行信号转换。要使共模抑制比在整个频率范围内都保持较 REF引脚附加到这个10 kΩ电阻的阻抗会导致连接到正输入 高水平，每个路径的输入源阻抗和电容需要严格匹配。输 端的信号被放大。附加RREF的信号放大值可由下式求出： 入路径的附加源电阻(例如，用于输入保护)需要靠近仪表 放大器的输入端放置，这样可以使其与PCB走线产生的寄 生电容的相互作用降到最低。 增益设置引脚的寄生电容也能影响整个频率范围内的共模 只有正信号路径会被放大；负路径不受影响。这种不均衡 的放大作用会降低放大器的共模抑制比(CMRR)。 INCORRECT 抑制比(CMRR)。如果电路板设计中在增益设置引脚处有 一个元件(例如，一个开关或跳线)，那么该器件的寄生电 容应该尽可能的小。 CORRECT 电源 AD8228 AD8228 REF REF V 这款仪表放大器应当采用稳定的直流电压供电。电源引脚 上的噪声会对器件性能产生不利影响。欲了解更多信息， 请参见图17和图18中的电源抑制比(PSRR)性能曲线。 V + 应该在尽可能靠近各电源引脚处放置一个0.1 µF电容。如图 – 45所示，离该器件较远的位置可以用一个10 μF钽电容。大 07035-005 OP1177 多数情况下，其它精密集成电路可以共享该钽电容。 图43. 驱动基准引脚 +VS 布局 AD8228是一款高精度器件。为确保在PCB层次上达到最佳 性能，必须精心设计电路板布局。AD8228的引脚以合乎逻 0.1µF 10µF +IN 辑的方式进行安排，便于实现这一目标。 VOUT AD8228 LOAD +VS G1 2 7 VOUT G2 3 6 REF +IN 4 5 –VS AD8228 TOP VIEW (Not to Scale) REF –IN 0.1µF –VS 10µF 07035-006 8 07035-044 –IN 1 图45. 电源去耦、REF及输出以局部地为参考 图44. 引脚排列图 Rev. 0 | Page 17 of 24 AD8228 基准电压 对于AD8228会遇到极端过载电压的应用，例如心脏除颤 AD8228的输出电压是相对于基准引脚上的电位而言的。应 器等，应当使用外部串联电阻和低泄漏二极管钳位（如 注意将REF连接至适当的局部接地。 BAV199L、FJH1100或SP720）。 G = 100时的大差分电压 输入偏置电流回路 AD8228的输入偏置电流必须有一个公共端的返回路径。当 热电偶等信号源无法提供电流回路时，必须创建一条返回 以100倍的增益工作时，大差分输入电压可能导致6 mA以 上的电流流入输入端。当+IN与–IN之间的电压超过5 V 时，就会发生这种情况。任一极性的差分电压都是如此。 路径，如图46所示。 INCORRECT 通过在各输入端串联一个输入保护电阻，可以提高最大容 CORRECT +VS 许差分电压。各保护电阻的阻值由下式给出： +VS RPROTECT = (VDIFF_MAX − 5 V)/6 mA AD8228 射频干扰(RFI) AD8228 REF REF 在有强RF信号的应用中使用放大器时，一般都存在RF整流 问题。这种干扰可能会表现为较小的直流失调电压。高频 –VS –VS TRANSFORMER 信号可以通过仪表放大器输入端的低通RC网络滤除，如图 TRANSFORMER +VS 47所示。滤波器根据以下关系式对输入信号带宽加以限 制： +VS AD8228 AD8228 REF REF 10M +VS +15V +VS C C 其中CD ≥ 10 CC。 –VS THERMOCOUPLE 0.1µF C R fHIGH-PASS = 2π1RC AD8228 REF CC C +IN 4.02kΩ AD8228 CD REF R –VS CAPACITIVELY COUPLED REF CC –IN 10µF –15V 输入保护 图47. 射频干扰(RFI)抑制 AD8228的所有引脚均提供1 kV人体模型ESD保护。此外， 输入结构考虑了超出电源电压约3.5 V的直流过载情况。 CD影响差分信号，CC影响共模信号。应适当选择R和CC的 值，使射频干扰降至最小。正输入端R × CC与负输入端R × CC 输入电压超出供电轨 对于较大的输入电压，应当用一个与各输入端串联的外部 电阻来限制过载时的电流。AD8228可以安全地处理6 1nF 0.1µF 图46. 创建一条IBIAS 返回路径 VOUT AD8228 10nF 4.02kΩ 07035-009 –VS 1nF R R CAPACITIVELY COUPLED 10µF 07035-010 –VS THERMOCOUPLE mA 的不匹配会降低AD8228的CMRR性能。使CD的值比CC大 一个数量级，可以降低不匹配的影响，从而改善性能。 连续电流。限流电阻值可由下式求出： Rev. 0 | Page 18 of 24 AD8228 应用信息 差分驱动 精密应变计 图48显示如何配置AD8228进行差分输出。这个电路的好处 AD8228的低失调和整个频率范围内的高共模抑制比使之成 是直流差分精度取决于AD8228而不是运算放大器或者电 为桥式测量应用的绝佳选择。如图49所示，电桥可以直接 阻。该电路利用了AD8228对其基准电压相关的输出电压的 连至放大器的输入端。 精确控制。差分输出的理想计算公式如下： 5V VDIFF_OUT = VOUT+ − VOUT− = Gain × (VIN+ − VIN−) 10µF 350Ω 350Ω 350Ω 350Ω +IN 度。不过，共模误差很可能被信号链中的下一个器件抑 制，因此这些误差几乎不会影响系统的整体精度。共模输 + AD8228 –IN 出的理想计算公式如下： – 2.5V 07035-011 运算放大器的直流性能和电阻匹配决定直流共模输出精 0.1µF 图49. 精密应变计 为获得最好的交流性能，推荐使用具有至少3 MHz增益带 驱动差分ADC 宽积和2 V/μs压摆率的运算放大器。 图50显示如何利用AD8228来驱动差分ADC。AD8228结合 一个运算放大器和两个电阻来实现差分驱动。510 Ω电阻和 2200 pF电容将仪表放大器与典型SAR型转换器的开关电容 +IN AD8228 前端产生的开关瞬变隔离。ADC与放大器之间的这些元 +OUT 件也会构成一个142 kHz的滤波器，用于提供抗混叠和噪声 –IN REF 10kΩ 滤波功能。这种配置的优点是其功耗低于专用ADC驱动 VREF 器：AD8641的典型功耗为200 μA，最高输出电压时流过两 + – AD8641 10k 个10 kΩ电阻的电流为250 μA。 结合 AD7688使用时，这种配置能够提供出色的直流性能 和71 dB的总谐波失真(THD，10 kHz输入时)。对于需要更 07035-017 –OUT 图48. 使用运算放大器的差分输出 好失真性能的应用，推荐使用ADA4941-1或ADA4922-1等 专用ADC驱动器。 +8V 0.1µF VIN VOUT ADR435 +8V 10µF X5R 0.1µF GND 10kΩ +5V 0.1µF 10kΩ 0.1µF +IN 510Ω –IN –8V REF 10k 0.1µF –8V IN+ 0.1µF AD7688 AD8641 10k REF VDD 0.1µF IN– GND 0.1µF +8V 510Ω 图50. 驱动差分ADC Rev. 0 | Page 19 of 24 0.1µF 07035-032 AD8228 AD8228 外形尺寸 3.20 3.00 2.80 8 3.20 3.00 2.80 5.15 4.90 4.65 5 1 4 PIN 1 0.65 BSC 0.95 0.85 0.75 1.10 MAX 0.15 0.00 0.38 0.22 COPLANARITY 0.10 0.80 0.60 0.40 8° 0° 0.23 0.08 SEATING PLANE COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-187-AA 图51. 8引脚超小型封装[MSOP] (RM-8) 图示尺寸单位：mm 5.00 (0.1968) 4.80 (0.1890) 8 1 5 4 1.27 (0.0500) BSC 0.25 (0.0098) 0.10 (0.0040) COPLANARITY 0.10 SEATING PLANE 6.20 (0.2441) 5.80 (0.2284) 1.75 (0.0688) 1.35 (0.0532) 0.51 (0.0201) 0.31 (0.0122) 0.50 (0.0196) 0.25 (0.0099) 45° 8° 0° 0.25 (0.0098) 0.17 (0.0067) 1.27 (0.0500) 0.40 (0.0157) COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MS-012-A A CONTROLLING DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS; INCH DIMENSIONS (IN PARENTHESES) ARE ROUNDED-OFF MILLIMETER EQUIVALENTS FOR REFERENCE ONLY AND ARE NOT APPROPRIATE FOR USE IN DESIGN. 图52. 8引脚标准小型封装[SOIC_N]窄体(R-8) 图示尺寸单位：mm和(inches) Rev. 0 | Page 20 of 24 012407-A 4.00 (0.1574) 3.80 (0.1497) AD8228 订购指南 型号 AD8228ARMZ 1 AD8228ARMZ-RL1 AD8228ARMZ-R71 AD8228ARZ1 AD8228ARZ-RL1 AD8228ARZ-R71 AD8228BRMZ1 AD8228BRMZ-RL1 AD8228BRMZ-R71 AD8228BRZ1 AD8228BRZ-RL1 AD8228ARZ-R71 1 温度范围 –40°C 至 +85°C –40°C 至 +85°C –40°C 至 +85°C –40°C 至 +85°C –40°C 至 +85°C –40°C 至 +85°C –40°C 至 +85°C –40°C 至 +85°C –40°C 至 +85°C –40°C 至 +85°C –40°C 至 +85°C –40°C 至 +85°C 封装描述 8引脚 MSOP 8引脚 MSOP，13"卷带和卷盘 8引脚 MSOP，7"卷带和卷盘 8引脚 SOIC_N 8引脚 SOIC_N，13"卷带和卷盘 8引脚 SOIC_N，7"卷带和卷盘 8引脚 MSOP 8引脚 MSOP，13"卷带和卷盘 8引脚 MSOP，7"卷带和卷盘 8引脚 SOIC_N 8引脚 SOIC_N，13"卷带和卷盘 8引脚 SOIC_N，7"卷带和卷盘 Z = 符合RoHS标准的器件。 Rev. 0 | Page 21 of 24 封装选项 RM-8 RM-8 RM-8 R-8 R-8 R-8 RM-8 RM-8 RM-8 R-8 R-8 R-8 标识 Y16 Y16 Y16 Y1M Y1M Y1M AD8228 注释 Rev. 0 | Page 22 of 24 AD8228 注释 Rev. 0 | Page 23 of 24 AD8228 注释 ©2008 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D07035sc-0-7/08(0) Rev. 0 | Page 24 of 24