MCP6N11：Microchip仪表放大器应用案例分析（独家）

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MCP6N11 仪表放大器（Instrumentation Amplifier，INA）具有使能/VOS 校准引脚（EN/CAL）和几个最小增益选项。它针对单电源操作进行了优化，支持轨到轨输入（无共模交越失真）和输出性能。两个外部电阻可用于设置增益，从而最大程度降低增益误差和温度漂移。参考电压（VREF）可以对输出电压（VOUT）电平移位。供电电压范围（1.8V 至5.5V）足够低，可以支持许多便携式应用。所有器件在-40°C 至+125°C 的温度范围内完全满足电气规范。这些器件具有5个最小增益选项（1、2、5、10 或100 V/V）。这使用户可以针对不同应用来优化输入失调电压和输入噪声。
         
        应用：
        MCP6N11 仪表放大器（INA）采用Microchip 最先进的CMOS 工艺制造。它具有低成本、低功耗和高速等特性，使其成为电池供电应用的理想选择。
         
        典型情况下的时序图：

       

       

         
        基本性能标准电路
        图1显示了这些INA 的标准电路配置。当输入和输出处于其规定范围内时，输出电压约为：图一为了正常工作，请保持：
        • VIP、VIM、VREF 和VFG 介于VIVL 和VIVH 之间
        • VIP – VIM （即， VDM）介于VDML 和VDMH 之间
        • VOUT 介于VOL 和VOH 之间输入失调电压（VOS）通过电压VTR 进行修正。
         
        每次发生VOS 校准事件时，VTR 都会更新为最佳值（当时）。这些事件通过上电（通过POR 进行监视）或通过将EN/CAL 引脚翻转为高电平进行触发。GM3（I3）的电流输出是恒定的，并且极小（在以下讨论中将假定为0）。输入信号施加到GM1。
         
        图1 显示了这些INA 的标准电路配置。当输入和输出处于其规定范围内时，输出电压约为：
         

       

        图1

        架构
        图2 给出了这些INA 的框图。

       

        图2

         

        输入失调电压（VOS）通过电压VTR 进行修正。每次发生VOS 校准事件时，VTR 都会更新为最佳值（当时）。这些事件通过上电（通过POR 进行监视）或通过将EN/CAL 引脚翻转为高电平进行触发。GM3（I3）的电流输出是恒定的，并且极小（在以下讨论中将假定为0）。输入信号施加到GM1。公式4-2 显示了输入电压（VIP和VIM）以及共模和差分电压（VCM 和VDM）之间的关系。

       

         
        应用技巧最小稳定增益
        对于不同的最小稳定增益（1、2、5、10 和100 V/V ；请参见表1-1），提供了不同的选项。为了保持稳定，差分增益（GDM）需要大于等于GMIN。挑选器件时， GMIN 较高的器件具有输入噪声电压密度（eni）较低、输入失调电压（VOS）较低和增益带宽积（Gain Bandwidth Product，GBWP）较高的优点；请参见表1。GMIN 较高时，差分输入电压范围（VDMR）较低；但在GDM ≥ 2 时，输出电压范围总是会限制VDMR。
         
        容性负载
        驱动大容性负载会使放大器产生稳定性问题。当负载电容增大时，反馈环路的相位裕度会减小，闭环带宽也会变窄。这会使频率响应产生增益尖峰，并使阶跃响应中产生过冲和振铃。增益（GDM）较低时，对容性负载会更为敏感。使用这些仪表放大器驱动大容性负载（例如，> 100 pF）时，在输出端上串联一个小电阻（图4-8 中的RISO），可使输出负载在较高频率时呈阻性，从而改善反馈环路的相位裕度（稳定性）。然而，其带宽通常会低于无容性负载时的带宽。
         
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        摘要：MCP6N11 仪表放大器（Instrumentation Amplifier，INA）具有使能/VOS 校准引脚（EN/CAL）和几个最小增益选项。它针对单电源操作进行了优化，支持轨到轨输入（无共模交越失真）和输出性能。本文就MCP6N11一些基本 参数及应用做了详细介绍。