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INA199: INA199失调电压与输入幅值相互关系

Part Number: INA199
Other Parts Discussed in Thread: INA214, INA210

各位TI的工程师们,在使用INA199是碰到小电流采样线性度较差的问题,由于采样电阻小,电流值小,输入的幅值比较小,还请TI的工程师帮忙判断是否是输入幅值过小导致输出放大后电压线性度不达标。

IN+与IN-两端电压差值为43uV,INA199的失调电压在±5-150uV之间

还请问下TI的工程师们,如果在不调整电路的情况下使用INA214(输入失调电压最大60uV)是否会有所改善,或者是调整采样电阻和更换放大倍数更小的器件,从而将电阻两端的赋值能够大于失调电压值,来保证采样电流的精度。

  • 您好,

    是的是您这样理解的,被测信号应尽可能的大于输入失调电压,输入失调电压是双极性的,如果输入失调电压太大,那么输出信号就无法区分出被测信号。

    使用INA214会有所改善,但不能保证所有INA214都能测量出被测信号,因为INA214 的输入失调电压成如下分布状态(下图是INA210的分布图),会有少数INA214的失调电压是±60uV。

    建议增大采样电阻以降低相对误差,下面参考设计有采样电阻的选择方法,同时也有误差计算方法,希望对您有帮助:

    uA级电流检测:https://www.ti.com/lit/an/sboa336/sboa336.pdf

    10 µA-100 mA, 0.05% Error, High-Side Current Sensing:https://www.ti.com/lit/ug/tidu033/tidu033.pdf

  • 谢谢工程师的回复:

    同时再把测量结果和思考后的结果向您大概说明,还请您帮忙再分析一下。在INA199的REF管脚实际上有设置227mV的电压偏置,我的理解是运放的失调电压值Vo仅在输出的初段会导致偏差,同时这个电压值是一个offset,在后续的校正过程中实际上是可以将这个offset校正回来,这点可能在昨天的帖子中并未表述清楚。但是在我后续的测试过程中发现问题,使用负载抽取恒定的电流值,然后改变电源回路的电压值,也会带来误差的变化,大概的测试结果如下:(采样电阻10ohm,INA199放大倍数100倍,REF接227mV)

    1、输入共模电压2.1V,测量电流为66uA

    2、输入共模电压2.2V,测量电流为69uA

    3、输入共模电压2.3V,测量电流为82uA

    4、输入共模电压2.4V,测量电流为85uA

    通过测量数据可以看出,输入共模电压不同在2.3V左右时会出一个突变值,同时多次改变恒定电流都会产生这个突变值,通过计算此时采样电阻两端的幅值也大于了VOS电压值,同时在小于输入共模电压2.3V是一段线性变化,而在大于2.3V共模电压会产生与前面不同的线性变化。

    我们在mA的采样同样也使用了这颗器件,但是在mA采样的全阶段都未发现这个问题,不确定这个问题是否是器件带来的影响,后续我会参照误差的计算方法去尝试计算电路中的误差,还请工程师帮忙分析一下产生这个问题的原因。

  • 不同的输入共模电压对输出影响是不同的,输入共模电压对输出的影响评估的参数是CMRR,如下截图所示,随着共模电压频率的增加,CMRR值越低,因此还请检查输入不同共模电压时电压的稳定情况是否一致。

    1、输入共模电压2.1V,测量电流为66uA

    2、输入共模电压2.2V,测量电流为69uA

    3、输入共模电压2.3V,测量电流为82uA

    4、输入共模电压2.4V,测量电流为85uA

    实际流过采样电阻的电流是多少?您用示波器或万用表实际测量采样电阻两端的电压是多少?

    根据测量电流与采样电阻值这样可以计算出采样电阻两端的电压,与实际测量值对比结果是怎样的?

  • 您说的输入不同共模电压时的电压稳定情况是指在不同电压的情况用示波器去测量输出电压的稳定情况嘛?因为前端的供电采用的是LDO,所以应该输出电压稳定度不会很差。

    经过测量,采样电阻两端电压在同样在共模电压不同时会变化,变化现象基本和前面的一致,在2.2V到2.3V是发生突变,于是我们拆除INA199再次对采样电阻进行测量,此时加以不同的共模电压,电阻两端的电压基本不变动了(由于万用表精度有限),由此可以推断出器件对采样电阻两端电压会带来影响,但是无法分析这个影响是由器件的那一部分带来的影响。

  • 您说的输入不同共模电压时的电压稳定情况是指在不同电压的情况用示波器去测量输出电压的稳定情况嘛?因为前端的供电采用的是LDO,所以应该输出电压稳定度不会很差。

    这里是说测量输入共模电压的稳定性;

    这样看来INA199输入端的信号就已经异常了。您是怎样改变的输入共模电压?是怎样保证恒定的电流流过采样电阻的?这个恒定电流是多少?可以附上电路图吗?

  • Hi,Amy,抱歉在这么久之后同步这个问题,或许我们都忘记了Ib这个参数,后面经过测量发现输入的偏置电流会影响我们的测量,特别是在小电流测量的情况,偏置电流实际上会影响我们的输出,从而影响我们的测量精度。所以在小电流测量中我们应该选择输入偏置电流小的器件。

  • 是的,您分析的很对,在小电流测量中应该选择输入偏置电流小的器件。因为这个输入偏置电流会流过外面的电阻网络,从而转化成运放的失调电压,再经运放后就到了运入的输出端,从而给输出造成了误差。