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[参考译文] INA333：INA333输入偏置电流返回路径

admin
Guru**** 2519150 points
Other Parts Discussed in Thread: INA333, OPA2170, TINA-TI, OPA376

请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/570147/ina333-ina333-input-bias-current-return-path

部件号：INA333
主题中讨论的其他部件： OPA2170， TINA-TI， OPA376

您好，

我有一个关于INA333仪表放大器偏置电流的问题。 我的电路如下所示。 它用于测量极小的电流变化。 我注意到INA333输出电压随时间变化在很大程度上取决于共模区域内的共模输入电压，这应该是正常的(请参阅TI VOUTvsVCM工具的屏幕截图)。 采样和保持电路模拟显示100毫秒内低于400uV的放电，因此这将转换为低于40mV (INA333的101增益)。 在图中，您可以看到输入共模电压~1.4V时，电压降在小于7ms的范围内超过400mV。 我得出的结论是，唯一合理的解释是INA333正输入没有'低阻抗'路径。 您能否确认此行为与偏置电流相关，或者您是否有任何其他解释？ 由于我不能在保持电容器上同时添加电阻器，唯一的解决方案似乎是在保持电容器和INA333的正输入之间添加运算放大器缓冲器。 您还有其他想法吗？我该如何解决这个问题？ 提前感谢您的支持。

此致，

Maciej

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    TI__Guru**** 2519150 points
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    Maciej

    为了防止INA333的正极输入处的输入共模电压发生变化，您必须提供直流电流接地路径-请参阅下面的文本。  如果没有它，典型的磅值+/-70pA将随着时间的推移为样品充电并保持盖子，从而改变差分输入电压；这反过来会导致输出电压下降，如图所示。

    请注意，INA333是一种斩波稳定器件，这意味着实际IB主要由来自前端开关关闭/打开的频率为125kHz的短持续时间(几毫微秒)电流峰值控制  峰值的大小可以是数十nA，因此，为了防止这些电流峰值在输入电阻器之间转换为电压峰值， 选择采样和保持电容以及直流路径电阻器的值时，必须创建切断频率显著低于125kHz的低路径滤波器，或者能够承受更高的电压噪声。

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    TI__Guru**** 2519150 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好，Marek：

    感谢您的回答。 我当然认为我应该为偏流提供路径，但我也想了解这个问题，以确保它得到解决。

    说实话，我不认为保持电容器的放电与INA333偏压电流有关。 保持电容器是陶瓷10uF，+/-X6S 10 % ，具有50MOhm最小绝缘电阻。 1.5V时为50MOhm，可提供~30nA的放电电流。 我知道绝缘电阻可能更高，但我怀疑它比指定值高2个数量级。  

    即使我们计算了电容器的最坏情况初始值和直流偏置电容变化(没有温度补偿，因为测量在实验室约25摄氏度时完成)，我预计至少会有6uF的有效电容。 INA333的增益设置为101，我们看到输出电压至少有50mV/ms的变化(对于1.4V共模电压)，因此它将在输入上转换为~500uV/ms。 要达到这种6uF电容器的放电速率，您需要按单uA顺序的泄漏电流。 所以我真的怀疑我所看到的影响是由保持电容器的放电引起的。 我更希望INA333中会出现某种饱和，这是由于正输入的高阻抗造成的。  

    最后一个问题是：您是否认为有任何其他方法比在保持电容器和INA333输入之间添加运算放大器来生成偏置电流路径？  

    此致，

    Maciej

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    TI__Guru**** 2519150 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    Maciej

    您最初的问题与INA333输入偏置电流直流路径有关，但现在您似乎正在研究Vout偏移过大的潜在原因。  我看到问题的几个潜在原因，但要找出问题的最根本原因，最好的方法是用一个范围来监控INA333每个输入端的电压电位，而不是仅仅查看Vout。

    首先，您不能显示INA333输入处的初始电压是多少，从1.5V的初始输出电压判断，它们的电位不是相同的-它们是否在TI工具中所示的允许电平范围内？

    其次，根据TI Vout vs VCM工具，对于您使用的G=101，Vin输入范围非常窄，有效范围为：从1.387V到1.412V (最大Vin差值仅为25mV)，我担心您在线性范围之外工作。

    此外，OPA2170具有指定的输入共模电压范围(从负轨至Vcc-2V)，在Vcc = 3.3V单电源上，您在应用中使用的电压意味着它仅在0V至1.3V之间有效-您似乎在1.4V的范围以上工作

    您不会显示OPA2170周围的电阻值或闭环增益，也不会显示您尝试监控的电流级别–电流级别的任何变化都将直接影响您的测量。  我假设您不使用零初始电流进行测量，因为这会尝试将OPA2170的输出电压驱动至地电位–即使输入共模电压可能一直摆动至地电位， 其输出仅在高于地面350mV时才会线性摆动(参见AOL条件)。

    顺便提一下，所有OPA2170规格都定义为最小电源电压为4V，而您只使用3.3V；此外，为什么您使用具有2mV Vos的通用OPA2170，然后使用 具有25uV最大Vos的高精度INA333 (如果有的话)， 第一个增益阶段的精度应高于第二阶段，因为第一阶段的误差在第二阶段的输入时增加。   

    以上都说了，我不明白，如果你只是想测量电流，为何要使用这种精密电路呢？  如何在如下所示的反阻抗配置中使用我们的高精度低电压OPA376？  我还附上了TINA-TI原理图，以便您可以根据您尝试测量的电流水平调整射频电阻器的值。

    e2e.ti.com/.../Maciek-Circuit.TSC

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    TI__Guru**** 2519150 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好，Marek：

    感谢您的回复。 实际上，INA333线性操作的共模范围是在1.6 - 1.7V左右，如果我想使输出范围达到3V (顺便说一下：3V是ADC的参考电压)。 但在您所看到的测量数据中，输出电压约为1.5V，这意味着在此特定情况下，共模范围要宽得多：从~0.9V至~2.4V。

    1.387V和1.4128V是INA333输入上的电压，用于在1.4V的共模电压的线性范围(2.6V)内实现最大输出电压。 至少这是我从TI工具中了解到的。  

    回到电路：我用电阻值和第二个OPAMP更新了电路图(我没有将其包括在第一张图纸中，因为我认为它不相关，但它将提供额外的见解)。 您可以在下面找到绘图。

    我同意OPA2170在这种情况下可能不是最好的选择(或者至少我可以选择更好的选择)，但如果你看一下重要的项目： 在非反相操作模式下，OPA2170的增益为~4 (R1 = 27k，R2 = 9.09k)，因此OPA2170的共模电压介于0.35V和0.4V之间-在0-1.3V范围内。 据我在数据表中看到的，OPA2170建议的最小电源电压为2.7V (第6.3 章)，我没有注意到所有规格都是为4-36V范围定义的。 关于OPA2170的偏移电压：这不是问题，因为我使用SNH并放大与INA333的差值，相同的偏移正在添加到两个电压(在声明SNH之前和之后)，因此它不应影响测量。

    关于INA333的共模电压：正如您在更新的图纸中所看到的那样，我实际测量的电压与使用单独ADC的INA333输入上的电压相似(在组件容差范围内)-它被标定为(V0 + V1) / 2，其中V0是初始电压，V1是我正在测量的电流变化后的电压。  

    大家可以看到，我想测量电流中非常小的变化，我对绝对值不感兴趣，这就是为什么我使用带仪表放大器的SNH。 由于电流源是有限电压，因此第一阶段仅为INA333实现良好的共模电压。 由于第一阶段的任何偏移都是INA333的通用模式，因此我决定重新使用OPA2170，这已在设计中。 我以前也曾考虑过在TIA模式下使用OPAMP，但由于我的当前源输出正电流，我需要在设计中引入负轨，选择不同的INAMP等。 这似乎并不值得。  

    总结一下：我同意OPA2170不是最佳选择，但我认为电路目前应该在原则上工作，而且我仍然不理解某些共模电压的时间降。  

    此致，

    Maciej

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    TI__Guru**** 2519150 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    Maciej

    只是为了确保我了解我在不同VCM电压的Vout与时间图中看到的内容。  BTW，输出电压与时间图是实际测量还是模拟扫描？

    因此，您最初关闭了Sample and Hold (采样和保持)开关，并希望测量Iref (最左侧)中的一小幅变化-这是否正确？ 因此，我们的想法是，在更改Iref电流之前， 您计划打开开关，计算INA333正输入端的盖子将在测量期间保持输入电压稳定，以便您可以测量Iref的变化-这是否正确？

    如果是这样，考虑到您的VREF参考接地，我不理解INA333输出端的初始输出电压约为1.5V，不在负轨的50mV以内，因为INA333输入端的初始差动输入电压应为零。  这意味着起始差动电压不是零，而是在15mV (1.5V/101)左右-请帮助我了解我在这里缺少什么？ 除非您使用的盖子相对较小，并且开关打开时电压会变差。

    如果输出电压与时间图是实际示波器图，请显示INA333输入端的电压。