Other Parts Discussed in Thread: INA849, TINA-TI, OPA2205, OPA2388
尊敬的 TI：
最近、我想使用一个仪表放大器、因为它具有低 RTI 噪声。
我的要求是直流频带中的输出噪声小于10pA/sqrt (Hz)。
当 G=1时、在 INA849数据表中、我只发现 RTI 电压噪声大约为1000nV/sqrt (Hz)。
如果我需要使用一个大于100千欧的电阻器来满足我的要求？
还是应该选择 一个更精确的 INA 芯片？
尊敬的 Kai：
1) 1)我想输出一个直流偏置电流、因此"直流频段"意味着 INA849的输出频率为直流。
2) 2) 我的采样电阻器应该大于100K 欧姆、而不是负载或源阻抗。 电流。
3) 3)我想使用一个好的仪表放大 器、因为我需要输出低噪声水平、小于10pA/sqrt (Hz)、顺便说一下、当 R1根据欧姆定律为100k Ω 时、"10pA/sqrt (Hz)"等于"1000nV/sqrt (Hz)"。
此致、
非
您好、Raymond、
我想设计一个具有低输出噪声和 uA 电平的高精度直流电流源。
RTO 噪声等于 G*RTI。 因此、如果直流点的 RTI 噪声太大、则输出噪声也很大。
我的设计如下所示。
我想使用 INA849来生成良好的低噪声输出、如 我所说、低于10pA/sqrt (Hz)。
[引用 userid="423757" url="~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forumers-forumer/1109605/ina849-if-output-noise-of ina849-is -go-for-me/4112716#4112716"]如果您的应用程序的带宽超过10kHz我只希望具有良好的直流输出。
此致、
非
Nan、您好！
当您将电路的输出对信号接地短路时、噪声估算变得更加简单。 电流源允许使用该电流。 然后、通过将噪声输出电压除以100kOhm、INA849的噪声输出电压转换为噪声电流。
首先、您将在应用中看到多少噪声主要取决于您的带宽。 如果没有任何低通滤波、您可以在负载上安装、例如、您将看到 INA849的总宽带噪声、这将会非常大。 另一方面、如果您提供100kHz 的带宽限制、则100k 电阻器上的噪声输出电压大约为
45nV/SQRT (Hz) x SQRT (100kHz)= 14.2µVrms μ A
假设噪声电压频谱密度平坦。 但是、由于噪声在低频时增加、根据 TINA-TI 噪声仿真、必须将其校正为大约14.8µVrms μ V：
e2e.ti.com/.../nan_5F00_ina849_5F00_1.TSC
14.8µVrms μ A 约为14.8µVrms μ A x 6.6 = 98µVpp μ A、因此噪声电流为980pApp。
如果您的信号带宽仅为1MHz...10Hz、那么您的输出电压将约为8µVpp μ V、从而产生80pApp 的噪声电流。 (对于0.1Hz...10Hz 的带宽、根据数据表、噪声输出电压将为5µVpp μ V。)
这是一个巨大的差异、说明了了解应用带宽的重要性。
顺便说一下、100k 电阻器也会增加噪声、因为每个电阻器都会显示热噪声。 对于100kHz 的带宽、噪声为：
sqrt (4 x 1.38^-23 x 300 x 100k x 100k) x V = 12.9µVrms μ A = 85µVpp μ A
从而产生850pApp 的噪声电流。
将导致两个噪声源相加
sqrt (980pApp^2 + 850pApp^2)= 1.3nApp
另一方面、对于1MHz...10Hz 的带宽、电阻器噪声将为129nVrms = 850nVpp、从而产生8.5pApp 的噪声电流。
将导致两个噪声源相加
sqrt (80pApp^2 + 8.5pApp^2)= 80pApp
您会发现、根据带宽的不同、存在很大的差异：在宽带宽应用中、INA849的噪声贡献比在直流(极低频率)应用中要小得多。
Kai
Nan、您好！
我只希望具有良好的直流输出。
感谢 Kai 的噪声分析和估算！
我通常不建议为应用构建自己的仪表或差分放大器。 原因在于、这些运算放大器拓扑中的电阻 器与分立式元件相比具有出色的匹配度、并且在处理100ppm 容差电阻器时、其总体成本通常也更低。
我模拟了 INA849的噪声场景、但我没有看到比 下面的电路更低的 Vnoise。 在此 应用中、OPA2388、OPA2205或分立式运算放大器中的其他器件在噪声环境下的表现将优于 INA849配置。
在 INA849的 Howland 电流泵设计中、您必须考虑1/f、电阻器噪声和 Vos、BW、温度漂移参数等。 在这种情况下、控制分立式恒定电流源中的变量列表更容易。 我们还有其他精密运算放大器、它们具有更低的电压噪声频谱密度值(低至1.1nV/sqrt (Hz))、请参阅下面的链接。 我认为零漂移运算放大器在应用中可能更好。
e2e.ti.com/.../OPA388-Howland-I-pump-_2B00_-OPA388-06182022.TSC
https://www.ti.com/amplifier-circuit/op-amps/precision/products.html#p7typ=1.1;3&sort=p7typ;asc
如果您有其他问题、请告知我们。
最棒的
Raymond
Nan、您好！
Raymond 的想法是使用由分立式运算放大器构建的 Howland 电流泵、其优势在于您可以添加低通滤波、从而大幅降低宽带噪声。 此外、我看不到在您的电路输入端使用 INA849等仪表放大器的任何原因、因为输入端没有差分信令、也没有可抑制的共模输入电压。 一个标准运算放大器应该在这个电路中执行。
但是、要找到一个良好的电路、我们首先需要知道您的负载是多少。 如果是简单的电阻负载、则很容易使电流泵稳定。 但是、如果它是一个复杂的电容和/或电感负载、则可能需要一些相位超前补偿。
此外、只有当电路中的负载(被斩波运算放大器视为源阻抗！)为电路中的负载时、才应使用具有极低 LF 噪声的选择器运算放大器！ 是低欧姆、因为斩波运算放大器不喜欢高欧姆源阻抗。 使它们在高欧姆源阻抗下工作的一个技巧是使它们在从两个输入到信号接地之间看到完全相同的阻抗。 但是、这只能在电路中使用恒定负载阻抗、在这种情况下、您无论如何都不需要电流泵。 因此、在这里不使用斩波运算放大器绝对有意义。
顺便说一下、对于最低噪声电流、电流感应电阻器(原理图中的 R1 = 100k)应尽可能高、因为噪声电压仅与 SQRT (R)成正比、但噪声电流与1/R 成正比、或者换句话说、噪声电流与相关关系保持相同
sqrt (R)/R
例如、将电流感应电阻器增加100倍会导致噪声电流降低10倍。
我看到过具有高电源电压的电流泵能够通过非常高的电流感应电阻器生成恒定电流、只能使噪声电流保持在超低水平。
另一个技巧是使用高电压和高电流感应电阻器-或者更好地将其称为限流电阻器-来生成流经负载的准恒定电流、而无需任何调节。 因为、如果负载与限流电阻器相比非常小、即使负载电阻的变化也不会影响流经负载的电流：
e2e.ti.com/.../nan_5F00_ina849_5F00_2.TSC
这种方法非常简单、不需要任何电流泵电路、并且可以同时非常精确。 即使在最复杂的负载下、它也能正常工作、无需任何稳定性控制或电流调节。 简单的恒定电压就足够了。
另一个想法是通过同时馈入 DAC 的微控制器来调节电流。 这在直流恒流电流应用中应该非常有效：您测量负载上的压降、并且由于您知道 DAC 的输出电压、因此您可以通过计算流经负载的电流
I_LOAD =(U_DAC - U_LOAD)/100k。
如果流经负载的电流过小、则增大 DAC 的输出电压、反之亦然。
该电路还具有一个优势、即它能够与复杂复杂的负载配合使用、因此很难对(Howland)电流泵进行相位补偿。
Kai
