仪表放大器MCP6N11入门及应用案例分析
mcp6n11仪表放大器（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。
特性
轨到轨输入和输出
可通过2 个外部电阻设置增益
最小增益（gmin）选项：1、2、5、10 或100 v/v
共模抑制比（common mode rejection ratio，cmrr）：115 db （典型值， gmin = 100）
电源抑制比（power supply rejection ratio，psrr）：112 db （典型值， gmin = 100）
带宽：500 khz （典型值，增益= gmin）
供电电流：800 ìa/ 通道（典型值）
单通道
使能/vos 校准引脚：（en/cal）
电源：1.8v 至5.5v
扩展级温度范围：-40°c 至+125°c
典型应用
高端电流传感器
惠斯通电桥传感器
带电平移位功能的差分放大器
电源控制环路
设计辅助工具
microchip 高级器件选型器（maps）
演示板
应用笔记
引脚分配图
1 模拟信号输入
同相和反相输入（vip 和vim）是低偏置电流的高阻抗cmos 输入。
2 模拟反馈输入
模拟反馈输入（vfg）是第二个输入级的反相输入。外部反馈元件（rf 和rg）连接到该引脚。它是带低偏置电流的高阻抗cmos 输入。
3 模拟参考输入
模拟参考输入（vref）是第二个输入级的同相输入；它可以将vout 移位到其所需范围。外部增益电阻（rg）连接到该引脚。它是带低偏置电流的高阻抗cmos输入。
4 模拟输出
模拟输出（vout）是低阻抗电压输出。它代表差分输入电压（vdm= vip – vim），使用增益gdm并通过vref进行移位。外部反馈电阻（rf）连接到该引脚。
5 电源引脚
正电源（vdd）电压比负电源（vss）电压高1.8v 至5.5v。正常工作时，其他引脚的电压介于vss 和vdd之间。通常，这些器件使用单（正）电源配置。这种情况下，vss 接地，vdd 与电源连接，vdd 需要连接旁路电容。
6 数字使能和vos 校准输入
该输入（en/cal）是cmos 施密特触发输入，用于控制工作、低功耗和vos 校准工作模式。当该引脚变为低电平时，器件将置为低功耗模式，输出为高阻态。当该引脚变为高电平时，放大器的输入失调电压将通过校准电路进行修正，然后输出重新连接到vout 引脚（它会变为低阻态），并且器件将恢复正常工作。
7 裸露的散热焊盘（ep）
裸露的散热焊盘（ep）和vss 引脚之间存在内部连接；在印刷电路板（printed circuit board， pcb）上，必须将它们连接至同一电位。可以将该散热焊盘与pcb 地平面连接，使散热更加充分。这可以改善封装热阻（èja）。
仪表放大器mcp6n11应用案例分析
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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失调与增益调整
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特性
轨到轨输入和输出
可通过2 个外部电阻设置增益
最小增益（gmin）选项：1、2、5、10 或100 v/v
共模抑制比（common mode rejection ratio，cmrr）：115 db （典型值， gmin = 100）
电源抑制比（power supply rejection ratio，psrr）：112 db （典型值， gmin = 100）
带宽：500 khz （典型值，增益= gmin）
供电电流：800 ìa/ 通道（典型值）
单通道
使能/vos 校准引脚：（en/cal）
电源：1.8v 至5.5v
扩展级温度范围：-40°c 至+125°c
典型应用
高端电流传感器
惠斯通电桥传感器
带电平移位功能的差分放大器
电源控制环路
设计辅助工具
microchip 高级器件选型器（maps）
演示板
应用笔记
引脚分配图
1 模拟信号输入
同相和反相输入（vip 和vim）是低偏置电流的高阻抗cmos 输入。
2 模拟反馈输入
模拟反馈输入（vfg）是第二个输入级的反相输入。外部反馈元件（rf 和rg）连接到该引脚。它是带低偏置电流的高阻抗cmos 输入。
3 模拟参考输入
模拟参考输入（vref）是第二个输入级的同相输入；它可以将vout 移位到其所需范围。外部增益电阻（rg）连接到该引脚。它是带低偏置电流的高阻抗cmos输入。
4 模拟输出
模拟输出（vout）是低阻抗电压输出。它代表差分输入电压（vdm= vip – vim），使用增益gdm并通过vref进行移位。外部反馈电阻（rf）连接到该引脚。
5 电源引脚
正电源（vdd）电压比负电源（vss）电压高1.8v 至5.5v。正常工作时，其他引脚的电压介于vss 和vdd之间。通常，这些器件使用单（正）电源配置。这种情况下，vss 接地，vdd 与电源连接，vdd 需要连接旁路电容。
6 数字使能和vos 校准输入
该输入（en/cal）是cmos 施密特触发输入，用于控制工作、低功耗和vos 校准工作模式。当该引脚变为低电平时，器件将置为低功耗模式，输出为高阻态。当该引脚变为高电平时，放大器的输入失调电压将通过校准电路进行修正，然后输出重新连接到vout 引脚（它会变为低阻态），并且器件将恢复正常工作。
7 裸露的散热焊盘（ep）
裸露的散热焊盘（ep）和vss 引脚之间存在内部连接；在印刷电路板（printed circuit board， pcb）上，必须将它们连接至同一电位。可以将该散热焊盘与pcb 地平面连接，使散热更加充分。这可以改善封装热阻（èja）。
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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。
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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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