AD8421是3 nV/√Hz，低功率儀表放大器

特征

低功率

2.3 mA最大供電電流

低噪音

3.2 nV/√Hz 1 kHz時的最大輸入電壓噪聲

1 kHz時為200 fA/√Hz電流噪聲

卓越的交流規格

10 MHz帶寬（G=1）

2 MHz帶寬（G=100）

0.6μs沉淀時間至0.001%（G=10）

80分貝（RR=20千赫時）

35 V/μs轉換率

高精度直流性能（AD8421BRZ）

最小94 dB CMRR（G=1）

0.2μV/°C最大輸入偏移電壓漂移

1 ppm/°C最大增益漂移（G=1）

500Pa最大輸入偏置電流

從40 V到電源的保護輸入

±2.5 V至±18 V雙電源（5 V至36 V單電源）

單電阻增益設置（G=1至10000）

應用

醫療器械

精密數據采集

麥克風前置放大

振動分析

多路輸入應用

ADC驅動器

一般說明

AD8421是一款低成本、低功耗、極低噪聲、超低偏置電流、高速儀表放大器，非常適合于廣泛的信號調節和數據采集應用。該產品具有極高的共模抑制比，使其能夠在較寬的溫度范圍內，在高頻共模噪聲存在的情況下提取低電平信號。

10 MHz帶寬、35 V/μs轉換率和0.6μs穩定時間到0.001%（G=10）允許AD8421放大高速信號，并在需要高信道數、多路復用系統的應用中表現出色。即使在更高的增益下，電流反饋結構仍保持高性能；例如，在G=100時，帶寬為2mhz，穩定時間為0.8μs。AD8421具有優異的失真性能，適合于振動分析等要求較高的應用。

AD8421提供3nV/√Hz輸入電壓噪聲和200FA/√Hz電流噪聲，靜態電流僅為2mA，是測量低電平信號的理想選擇。對于高源阻抗的應用，AD8421采用了創新的工藝技術和設計技術，以提供僅受傳感器限制的噪聲性能。

AD8421使用獨特的保護方法，以確保穩健的輸入，同時仍然保持非常低的噪聲。此保護允許從相反的電源軌輸入高達40 V的電壓，而不會損壞零件。

一個電阻將增益設置在1到10000之間。參考引腳可用于對輸出電壓施加精確的偏移。

AD8421的溫度范圍為−40°C至+85°C，并具有125°C的典型性能曲線。它有8線MSOP和SOIC封裝。

引腳連接圖

絕對最大額定值

1、對于超過這些限制的電壓，使用輸入保護電阻器。更多信息請參見操作理論部分。

2、從參考輸入到每個電源都有ESD保護二極管，因此REF不能以與+in和−in can相同的方式驅動到電源之外。有關詳細信息，請參閱參考端子部分。

超過絕對最大額定值的應力可能會對設備造成永久性損壞。這只是一個應力額定值；不暗示設備在本規范操作部分所述條件或任何其他條件下的功能操作。長時間暴露在絕對最大額定值條件下可能會影響設備的可靠性。

熱阻

θJA是指在自由空氣中使用4層JEDEC印刷電路板（PCB）的設備。

典型性能特征

TA=25°C，VS=±15 V，VREF=0 V，RL=2 kΩ，除非另有說明。

操作理論

建筑

AD8421基于經典的3運放拓撲。這種拓撲有兩個階段：一個前置放大器提供差分放大，然后是一個差分放大器，消除共模電壓。圖61顯示了AD8421的簡化示意圖。

拓撲上，Q1、A1、R1和Q2、A2、R2可以看作是精密電流反饋放大器。輸入晶體管Q1和Q2以固定電流偏置，因此任何輸入信號都會迫使A1和A2的輸出電壓相應地改變。應用于輸入端的差分信號在RG引腳上復制。任何通過RG的電流也會流過R1和R2，在節點1和節點2之間產生一個獲得的差分電壓。

將放大的差分和共模信號應用于差分放大器，差分放大器拒絕共模電壓，但保留放大的差分電壓。差分放大器采用了創新技術，可以產生非常低的輸出誤差，如偏移電壓和漂移、各種負載下的失真以及輸出噪聲。激光微調電阻允許高精度的放大器增益誤差小于0.01%，共模抑制比超過94分貝（G=1）。高性能的引線和對設計和布局的特別關注，使其能夠在較寬的頻率和溫度范圍內實現高的CMRR性能。

AD8421采用superbeta輸入晶體管和偏置電流補償，提供極高的輸入阻抗、低的偏置電流、低的偏置電流、低的電流噪聲和3 nV/√Hz的極低電壓噪聲。電流限制和過電壓保護方案允許輸入從相反的軌道在所有增益40伏，而不損害噪聲性能。

AD8421的傳輸函數是：

其中

用戶可以使用一個標準電阻輕松準確地設置增益。

增益選擇

在RG端子上放置一個電阻，設置AD8421的增益。可參考表6或使用以下增益方程計算增益：

當沒有使用增益電阻時，AD8421默認為G=1。為了確定系統的總增益精度，將RG電阻的公差和增益漂移加到AD8421的規格中。不使用增益電阻時，增益誤差和增益漂移最小。

RG功耗

AD8421將其輸入端的差分電壓復制到RG電阻器上。選擇一個RG電阻大小，足以在環境溫度下處理預期的功耗。

參考端子

AD8421的輸出電壓是根據參考端子上的電位來確定的。這可用于感測負載處的接地，從而利用CMRR抑制接地噪聲或在輸出端為信號引入精確的偏移。例如，可以將一個電壓源連接到REF管腳上以電平偏移輸出，從而允許AD8421驅動單電源ADC。REF引腳由ESD二極管保護，不得超過+VS或−VS超過0.3 V。

為獲得最佳性能，保持REF端子的源阻抗低于1Ω。如圖61所示，參考端子REF位于10 kΩ電阻器的一端。REF端子的附加阻抗增加到10 kΩ電阻，并導致連接到正極輸入的信號放大。附加RREF的放大率可計算如下：

只有正信號通路被放大，負通路不受影響。這種不均勻放大降低了共模抑制比。

輸入電壓范圍

AD8421的3運放架構在除去差分放大器級的共模電壓之前，在第一級應用增益。第一級和第二級之間的內部節點（圖61中的節點1和節點2）經歷了獲得信號、共模信號和二極管壓降的組合。電壓供應可以限制組合信號，即使單獨的輸入和輸出信號不受限制。圖10到圖13詳細顯示了這種限制。

布局

為了確保AD8421在PCB級的最佳性能，在設計板布局時必須小心。AD8421的引腳以邏輯方式排列，以幫助完成這項任務。

共模抑制比

不良的布局會導致一些共模信號在到達放大器之前被轉換成差分信號。當一條輸入路徑的頻率響應與另一條不同時，就會發生這種轉換。為了保持高共模抑制比過頻，緊密匹配每個通路的輸入源阻抗和電容。在輸入路徑（例如，輸入保護電阻）靠近輸入放大器的輸入路徑中放置額外的源電阻，以盡量減少電阻與PCB線路寄生電容的相互作用。

增益設置引腳（RG）處的寄生電容也會影響CMRR過頻。如果電路板設計在增益設置引腳處有一個元件（例如，開關或跳線），則選擇寄生電容盡可能小的元件。

電源和接地

使用穩定的直流電壓為儀表放大器供電。電源引腳上的噪聲會對性能產生不利影響。

將0.1μF電容器放置在盡可能靠近每個電源引腳的位置。由于旁路電容器引線的長度在高頻下至關重要，建議使用表面貼裝電容器。旁路接地軌跡中的任何寄生電感都會對旁路電容器產生的低阻抗起作用。如圖64所示，10μF電容器可在離設備較遠的地方使用。對于這些希望在較低頻率下有效的較大值電容器，電流返回路徑距離不那么重要。在大多數情況下，10μF電容器可以被其它本地精密集成電路共用。

接地板層有助于降低寄生電感，從而使電流變化時的電壓降降至最低。電流路徑的面積與寄生電感的大小成正比，因此，在高頻下，路徑的阻抗也成正比。感應去耦路徑或接地回路中電流的較大變化會產生不必要的影響，因為這些變化會耦合到放大器輸入端。

由于負載電流來自電源，負載應連接在與旁路電容器接地相同的物理位置。

參考銷

AD8421的輸出電壓是根據參考端子上的電位來確定的。確保REF連接到適當的本地接地。

輸入偏置電流回路

AD8421的輸入偏置電流必須有接地回路。當使用沒有電流返回路徑的浮動源（如熱電偶）時，創建一個電流返回路徑，如圖65所示。

電源軌以外的輸入電壓

AD8421具有非常強大的輸入。它通常不需要額外的輸入保護，如圖66所示。

AD8421的輸入是受電流限制的；因此，輸入電壓可以高達40伏，從相反的電源軌，沒有任何輸入保護需要在所有增益。例如，如果+VS=+5 V和−VS=−8 V，零件可安全承受−35 V至+32 V的電壓。

其余的AD8421端子應保留在電源內。AD8421的所有端子都有防靜電保護。

輸入電壓超過最大額定值

對于AD8421遇到的電壓超過絕對最大額定值表中的限值的應用，需要外部保護。這種外部保護取決于過電壓事件的持續時間和所需的噪聲性能。

金屬保護器（如所有短時事件都需要金屬氧化物保護器）。

對于較長的事件，使用電阻串聯輸入，結合二極管。為了避免降低偏置電流性能，建議使用低泄漏二極管，如BAV199或FJH1100。二極管防止放大器輸入端的電壓超過最大額定值，電阻器限制進入二極管的電流。由于大多數外部二極管可以輕松處理100毫安或更大，電阻值不需要很大，因此，對噪聲性能的影響最小。

以某些噪聲性能為代價，另一種解決方案是使用串聯電阻器。在過電壓的情況下，進入AD8421輸入的電流受到內部限制。盡管AD8421輸入必須保持在絕對最大額定值一節中定義的限值內，但通過保護電阻器的I×R壓降增加了系統能夠承受的最大電壓，如下所示：

對于正輸入信號

對于負輸入信號

過電壓性能如圖14、圖15、圖16和圖17所示。AD8421輸入在室溫下至少能承受40毫安的電流一天。此時間在設備的整個使用壽命內是累積的。如果預計會出現長時間的過電壓，建議使用外部保護方法。在極端輸入條件下，放大器的輸出可能反轉。

射頻干擾（RFI）

當放大器用于具有強射頻信號的應用時，射頻整流常常是一個問題。如果將放大器連接到信號源需要長引線或PCB跡線，則問題會加劇。干擾可以表現為直流偏移電壓或脈沖串。

高頻信號可以用儀表放大器輸入端的低通濾波器網絡進行濾波，如圖68所示。

電阻和電容值的選擇取決于噪聲、高頻輸入阻抗、共模抑制比、信號帶寬和射頻干擾抗擾度之間的理想權衡。RC網絡同時限制差模和共模帶寬，如下式所示：

其中CD≥10 CC。

CD影響差分信號，CC影響共模信號。正輸入的R×CC和負輸入的R×CC之間的不匹配降低了AD8421的CMRR。通過使用比CC大一個數量級的CD值，在截止頻率附近降低了失配的影響，改善了CMRR的性能。

為了實現低噪聲和充分的射頻干擾濾波，建議使用片式鐵氧體磁珠。鐵氧體磁珠隨頻率增加其阻抗，從而使感興趣的信號不受影響，同時防止射頻干擾到達放大器。它們也有助于消除濾波器中大電阻值的需要，從而使系統的輸入參考噪聲最小化。選擇合適的鐵氧體磁珠和電容值是干擾頻率、輸入引線長度和射頻功率的函數。

為了獲得最佳效果，將RFI濾波器網絡盡可能靠近放大器。布局是確保射頻信號不會在濾波器后的記錄道上拾取的關鍵。如果射頻干擾太強而無法充分過濾，建議使用屏蔽。

用于RFI濾波器的電阻器可以與用于輸入保護的電阻器相同。

計算輸入級的噪聲

放大器前端的總噪聲取決于本數據表中的3.2 nV/√Hz規范。噪聲的三個主要因素是：源電阻、儀表放大器的電壓噪聲和儀表放大器的電流噪聲。

在以下計算中，噪聲指的是輸入（RTI）。換言之，所有的噪聲源都被當作源出現在放大器輸入端來計算。要計算放大器輸出（RTO）的噪聲，請將RTI噪聲乘以儀表放大器的增益。

源電阻噪聲

任何連接到AD8421的傳感器都有一些輸出電阻。也可以將電阻與輸入串聯，以防止過壓或射頻干擾。該組合電阻在圖69中標記為R1和R2。任何電阻器，無論制造得多么好，都有其固有的噪聲水平。這種噪聲與電阻值的平方根成正比。在室溫下，該值約等于4nV/√Hz×√（電阻值單位為kΩ）。

例如，假設傳感器和保護的組合電阻在正極輸入端為4 kΩ，在負極輸入端為1 kΩ。輸入電阻的總噪聲為：

儀表放大器的電壓噪聲

儀表放大器的電壓噪聲采用三個參數計算：器件輸出噪聲、輸入噪聲和R電阻噪聲。計算如下：

例如，增益為100時，增益電阻為100Ω。因此，輸入放大器的電壓噪聲為：

儀表放大器電流噪聲

電流噪聲由源電阻轉換成電壓。電流噪聲的影響可以通過將放大器的指定電流噪聲乘以源電阻值來計算。

例如，如果圖69中R1源電阻為4 kΩ，R2源電阻為1 kΩ，則電流噪聲的總影響計算如下：

總噪聲密度計算

為了確定輸入端放大器的總噪聲，采用平方和法結合源電阻噪聲、電壓噪聲和電流噪聲的貢獻。

例如，如果圖69中的R1源電阻為4KΩ，R2源電阻為1KΩ，并且in amp的增益為100，則參考輸入的總噪聲為：

應用程序信息

差分輸出配置

圖70顯示了如何為差分輸出配置AD8421的示例。

差分輸出電壓由以下等式設定：

共模輸出由以下等式設定：

該電路的優點是直流差分精度取決于AD8421，而不是運算放大器或電阻。此外，該電路利用了AD8421對其輸出電壓相對于基準電壓的精確控制。

雖然運算放大器的直流性能和電阻匹配會影響直流共模輸出精度，但這種誤差很可能會被信號鏈中的下一個設備所拒絕，因此，通常對整個系統精度的影響很小。

由于該電路易受不穩定因素的影響，因此采用電容器來限制運算放大器的有效帶寬。如果放大器配對穩定，可以省略這個電容器。

任何放大器的開環增益和相位都可能隨工藝和溫度的變化而變化。附加的相位滯后可以通過電阻或電容負載引入。為保證穩定性，圖70中電容器的值應通過評估電路在輸出動態范圍的極值處的負載的小信號脈沖響應來確定。

環境溫度也應在預期范圍內變化，以評估其對穩定性的影響。由于AD8421輸出放大器的響應比運算放大器快，所以在電路調諧后，+OUT的電壓可能仍有一些過沖。12 pF電容器是一個很好的起點。

為了獲得最佳的大信號交流性能，使用具有高轉換率的運算放大器來匹配35 V/μs的AD8421性能。高帶寬不是必需的，因為系統帶寬受RC反饋的限制。AD8610、ADA4627-1、AD8510和ADA4898-1是一些不錯的運算放大器選擇。

驅動ADC

AB類輸出級、低噪聲和低失真、高帶寬和高轉換率使AD8421成為在需要前端增益、高共模抑制比和直流精度的數據采集系統中驅動ADC的好選擇。圖71顯示了AD8421，在10倍增益配置下，驅動AD7685，一個16位，250ksps偽差分SAR ADC。顯示在AD8421和AD7685之間的RC低通濾波器有多種用途。它將放大器輸出與動態ADC輸入的過載隔離，降低放大器的噪聲帶寬，并為AD7685模擬輸入提供過載保護。濾波器截止可以根據經驗確定。為了獲得最佳的交流性能，在最大輸入信號頻率下保持阻抗幅值大于1 kΩ，并將濾波器截止設置為在一個采樣周期內穩定到½LSB，以達到滿刻度階躍。有關其他注意事項，請參閱所用ADC的數據表。

在增益為10的配置中，AD8421具有大約8 nV/√Hz的電壓噪聲RTI（請參閱計算輸入級的噪聲部分）。前端增益使系統對輸入信號的靈敏度提高了10倍，而信噪比僅降低了7.5 dB。ADR435的高電流輸出和負載調節允許AD7685直接從基準電源供電，而無需提供另一個模擬電源軌。參考pin緩沖器可以是任何低功率、單位增益穩定、直流精度運算放大器，其寬帶噪聲小于約25nv/√Hz，例如OP1177。圖71中并沒有顯示所有正確的解耦。注意遵守放大器和ADR435的去耦指南。

外形尺寸

　　安芯科創是一家國內芯片代理和國外品牌分銷的綜合服務商,公司提供芯片ic選型、藍牙WIFI模組、進口芯片替換國產降成本等解決方案,可承接項目開發,以及元器件一站式采購服務,類型有運放芯片、電源芯片、MO芯片、藍牙芯片、MCU芯片、二極管、三極管、電阻、電容、連接器、電感、繼電器、晶振、藍牙模組、WI模組及各類模組等電子元器件銷售。（關于元器件價格請咨詢在線客服黃經理：15382911663）

　　代理分銷品牌有：ADI_亞德諾半導體/ALTBRA_阿爾特拉/BARROT_百瑞互聯/BORN_伯恩半導體/BROADCHIP_廣芯電子/COREBAI_芯佰微/DK_東科半導體/HDSC_華大半導體/holychip_芯圣/HUATECH_華泰/INFINEON_英飛凌/INTEL_英特爾/ISSI/LATTICE_萊迪思/maplesemi_美浦森/MICROCHIP_微芯/MS_瑞盟/NATION_國民技術/NEXPERIA_安世半導體/NXP_恩智浦/Panasonic_松下電器/RENESAS_瑞莎/SAMSUNG_三星/ST_意法半導體/TD_TECHCODE美國泰德半導體/TI_德州儀器/VISHAY_威世/XILINX_賽靈思/芯唐微電子等等

免責聲明：部分圖文來源網絡，文章內容僅供參考，不構成投資建議，若內容有誤或涉及侵權可聯系刪除。