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硬件开发者之路之——从一篇Datasheet中学到什么

上一篇 / 下一篇  2018-06-07 23:12:11 / 个人分类:技术生涯

作为硬件开发者经常要进行器件选型,因此需要研究元器件的应用文档,之前我也写过一篇如何阅读英文文档的分享文章。那么,从一篇datasheet中我们到底能学到什么东西呢,而不仅仅是应用电路图!以一篇运放的说明书为例:
一、
 
这是datasheet的澳门金沙网上娱乐简介,主要信息:
1、20fA的偏置电流,超低的偏置电流是该芯片的重要特点,偏置电流是指运放输入端的漏电流,对MOS管来说,理想的栅极输入漏电流应该为0,另外漏电流的参数对温度变化较为敏感,高温会导致漏电流急剧增大。
2、低失调电压,这个参数对应偏置电流,表示在无输入情况下的输出情况,反应的是运放输入端的适配性,主要因素是输入对管的器件匹配性。
3、噪声、带宽特性后续介绍。
4、单双电源工作。
5、工作温度-40到125,大多数芯片的工作范围,因为一般PN结的结温在170左右。
二、
接着是详细的表格信息
1、 偏置电流小于20fA,由测试条件可知该值和温度以及湿度相关。
2、 失调电流概念类似偏置电流。
3、 失调电压与共模电压和温度变化相关。
4、 共模输入电压范围在4.5V电源情况下为0-3V,即输入电压范围。
5、 CMRR共模电压抑制比,表示共模输入电压的变化对输出信号的影响,越小越好。
6、 信号增益,输出范围最大为4.3V,增益可到10的6次方。
7、 输入阻容特性,意味着输入端口的隔离特性以及对输入信号的响应特性。
三、
1、 输出电压范围,即摆幅。
2、 输出电流的特性,运放输出电流一般小于10mA,内部会有短路保护机制限流。
3、 输出阻抗,运放的输出阻抗越小越好。
4、 PSRR电源电压抑制比是指电源电压的变化对输出信号的影响,越小越好,意味着我们对供电电源的选择要稳定。
5、 静态功耗1mA左右。
6、 SR是摆率,反映的是运放的响应特性,在特定测试条件下,该值为1.4V/uS。
7、 单位增益带宽是指运放的频响特性,2MHz,-3db带宽为6MHz。
四、
1、 相位裕量,反映的是运放反馈的稳定性,在单位增益下,运放的极点距离180度为62度,一般设计中需要保证相位裕量大于45度。
2、 EMIRR输入EMI抑制比,这个参数很多运放是没有的,表示不同频率的EMI干扰对于运放输出信号的影响。
3、 噪声特性,运放的噪声特性比较复杂,这里只是指运放本身的噪声参数,单位nV/√Hz是表示噪声频谱密度。指单位带宽内的噪声值,因为噪声是一个和频率相关的参数,运放的频谱特性自然也是和频率相关的。如上图10Hz带宽的测试条件下,噪声密度为80nV/√Hz,计算结果为80*√10=252nV,f=10KHz时为1400nV,低频时噪声密度小。
4、 电流噪声密度类似。
5、 总谐波失真度是对于交流信号而言,输出对于输入会有失真度,尤其在音频信号处理中,该参数为重要关注点。
6、 保护环的参数后续介绍,这一点为该运放设计的特点。
五、
这个指运放的极限参数值,决定了芯片工作的极限。
六、
图示的信息是表格信息的可视化显示,可以清楚看出测试参数的影响。
七、
接下来的理论介绍详细讲了该运放设计的特点,是本篇datasheet的精华所在。这种超低偏置电流的设计主要为了一些微弱电流测量的场合,如静电测量等。这种情况下一般运放输入端直接连接传感器,无法添加防护器件,因为相关器件会带来漏电流的巨大干扰,但无ESD保护导致应用过程中容易出现芯片损坏。
输入的ESD保护结构如图,D1-D6,该结构限制了输入差分电压不能超过700mV,因为二极管的限制,即最大输入电流不能超过10mA。
八、
运放驱动容性负载的限制,最大250pF,如果超过需要外部补偿。
九、
保护环原理介绍:如下图简化的模型,A和B为传感器的输出和地电位点,RSHUNT1和RSHUTN2为节点之间的集总参数模型。如果A节点和Vgrd的电位相同,则不会有漏电流通过RSHUNT。
在无保护的情况下,输入到地之间会有漏电流误差,加保护之后,绝缘电阻之间最多100uV,对于10TΩ的绝缘电阻,漏电流误差可以控制在0.01fA。
十、
湿度对于漏电流的巨大影响。
湿度波动对漏电流的影响。
十一、
运放的电流噪声
尤其是反馈电阻的噪声可以看出影响很大,对于10G欧姆的反馈电阻,如果频率在10Hz,电流噪声达到40uV。
十二、
这是保护环结构的布线建议,利用内部设计的驱动保护器来保证高阻抗隔离。
十三、
针对微弱信号的检测,datasheet最后提到几种干扰源。
1、 输入接线,因为大部分都是通过线缆接到传感器的,不合适的线缆会带来很大的耦合影响,这一点在设计中已经得到很多验证。
2、 屏蔽设计,避免电磁耦合的干扰,需要设计屏蔽盒,并且接地。
3、 机械振动的影响。会导致位移电流,因此在悬空架线式的设计中需要保证输入端口的牢固性。
小结:通过这一篇芯片手册,我们可以知道运放的技术指标等知识点,更重要的是对于该运放针对的极微弱信号检测的方式和技术有了很多学习,莫浅尝则止住,学而时习之,深入浅出,善之善者也。


TAG: datasheet 嵌入式 微弱信号 学习 硬件开发 运放 fA

 

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