계측 증폭기의 이득이 비선형 인 이유는 무엇입니까?


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나는 AD8226에서 가스 스트림의 산소 함량을 측정하기위한 마이크로 연료 전지의 산소 센서를 사용하는 회로에서의 프리 앰프로서 계측 증폭기. 프리 앰프는 5V 전원으로 단일 종단 전원 모드로 구성됩니다. 게인 저항은 ~ 80의 게인을 제공하도록 선택되었습니다.

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인 앰프의 출력은 액티브 로우 패스 필터와 마이크로 컨트롤러의 ADC로 전달되지만 이것이 문제와 관련이 있다고 생각하지 않습니다. 여기서 논의 된 모든 것은 프리 앰프 출력 (다이어그램의 O2_PRE 노드)이 플로팅되고 멀티 미터에만 연결되어 수행되었습니다.

센서로이 회로를 테스트 할 때 게인이 떨어졌을 때까지 (이 지점은 약 20mV 입력 /1.6V 출력 일 때까지) 게인이 훌륭하고 선형임을 알았습니다.

센서와 관련된 문제를 해결하기 위해 센서를 고정 저항기와 멀티 턴 선형 포트로 구성된 전압 분배기로 교체했습니다.

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저항 네트워크에서 동일한 문제가 관찰되었습니다 (인 앰프 출력 플롯에 대해서는 아래를 참조하십시오).

Bechtop 전원을 VCC로 사용하여 AD8226에 직접 연결된 주변 회로의 문제를 추가로 제거했습니다. 여기에 회로가 ​​나타납니다.

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이 플롯에서 볼 수있는 것과 동일한 동작을 보여줍니다.

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( '메인 보드'는 전압 분배기가 원래 회로를 구동하는 데 사용될 때의 출력을 의미하며, 630R 이득 저항을 사용함에 따라 '브레드 보드'이득이 약간 낮습니다)

AD8226 데이터 시트는 단일 종단 모드에서 0.1V ~ + VS−0.1V의 출력 전압 스윙을 지정합니다. 출력을 고품질 멀티 미터 (즉, 높은 임피던스)로 측정하고 있는데 20K의 부하 저항을 추가했을 때 동일한 결과를 관찰했지만 여러 AD8226 장치로 결과를 반복했습니다.

누군가 내가 출력 한계 내에 잘 머무르고 있다고 생각할 때 왜 이득이 ~ 20 mV의 차동 입력 위로 떨어질지를 설명 할 수 있습니까?


DC 출력 레벨은 무엇입니까? 또한 20mv in이라고 말할 때 20mv DC 오프셋 또는 +/- 10mv 구형파 또는 20mv rms AC입니까?
Brian Drummond

게인이 떨어지는 지점은 인 앰프의 입력간에 20mV DC 차동입니다 (음의 입력이 전압 분배기 테스트에서 접지되어 있음을 나타냅니다). 이것은 출력에서 ​​1.6V DC와 같습니다.
Matt B

답변:


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공통 모드 전압 위반 일 가능성이 높습니다. 데이터 시트의 그림 15를 참조하십시오. 불행히도 단일 전원 공급 장치에 대한 제한을 제공하지는 않지만 공통 모드 및 출력 전압 제한이 나란히 있음을 보여줍니다.

문제를 해결할 수있는 조치 :

  • 이중 전원 공급 장치를 사용하십시오.
  • 지면 위로 입력을 들어 올리십시오.
  • 낮은 게인 설정을 사용하십시오.

편집하다:

Dave Tweed가 지적한대로 데이터 시트에는 단일 공급을위한 공통 모드 및 출력 전압 범위에 대한 정보가 있습니다. 데이터 시트 10 페이지의 그림 13을 참조하십시오 (귀하의 경우는 파란색 삼각형 영역입니다). 공통 모드 입력은 실제로 접지되므로 출력이 약 0.7V를 초과하면 한계가 초과되고 장치가 지정된대로 작동하지 않습니다. 이는 Vref를 2.5V로 변경하더라도 발생합니다. 접지의 공통 모드 입력 전압이 유효하지 않게하려면 출력 제한이 3.2V가됩니다.

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그림 13은 단일 공급, G = 100, Vref = 0의 한계를 보여줍니다. 출력 전압이 약 0.7V 이상으로 상승하면 입력 공통 모드 범위에 더 이상 접지가 포함되지 않습니다.
Dave Tweed

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예, 센서의 높은쪽에있는 50K를 한쪽에 2 개의 25K로 나눕니다.
Scott Seidman

데이터 시트 20 페이지는 입력 또는 출력 범위를 초과하지 않고 앰프를 내부에 클립하는 방법에 대해 자세히 설명합니다. +1
플레이스 홀더

100 % 정확합니다. 부품을 선택할 때 그것을 간과했습니다. 다행히 AD8227의 성능은 비슷하지만 0V 공통 모드에서 훨씬 넓은 출력 범위를 갖습니다. Scott의 제안은 훌륭하게 작동하지만 최종 설계에서 달성하기가 더 어렵습니다.
Matt B
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