[参考译文] INA118：Vos、Vdiff 和 Vout：输入失调电压是否取决于 Vdiff？ Vout 与 Vdiff 之间的关系是否为&#39；Vdiff 接近 Vos 时是否为线性？

Ciao Alberto

您能否发布原理图？

Kai

尊敬的 Kai：

很高兴再次看到你！

请查看随附的 TINA-TI 原理图：

e2e.ti.com/.../4152.current_5F00_sensing_5F00_with_5F00_INA118.TSC

我需要监测流入传感器的电流。 V1发生器提供-1V 至-4V 的电压、这对于 CM 而言非常重要。

我使用 Keithley SMU 校准了电流读数。 我的电路的读数始终大于 Keithley。 我想这是由 INA 的 Vos 导致的。 但是、此类30nA 偏移确实会随电流而变化：在极低电流(<100nA)时、偏移约为10nA。 对于较高的电流、偏移从30到40nA。 看起来 Vos 确实随 INA 输入端的 Vdiff 变化。

我不确定我是否在使用最佳方法来测量高侧 0-1uA 和0-10uA 范围内的电流。 VCM 的范围为-1V 和-4V。

我可能会受益于 Vos 较低的 INA、但我找不到比 INA118UP 更好的器件。 我还考虑了 INA190、它建议电流在 uA 范围内。 但是、INA190具有固定增益、因此它不允许我更改刻度。

您能建议我一种更好的方法吗？

此致、

Alberto

阿尔贝托

您看到的 Vos 变化不是由输入差分电压 VM1的变化引起的、而是由输入共模电压 VCM 的变化引起的。  正如您在下面的数据表中看到的、指定的典型 CMRR 为120dB (1uV/V)、其中 CMRR =(Δ VCM/Δ Vos)、因此对于 VCM 中的每1V 变化、您可能会期望 Vos 变化1uV。  

这意味着对于从-1V 到-5V 的 VCM 变化、您应该预期 Vos 变化~4uV、这就是您在下面看到的结果：17uV-12.8uV=4.2uV

VCM=-1V 时、Vos=-12.8uV

VCM=-5V 时、Vos=-17uV

仿真 VCM=-1V 和 VCM=-5V 的实际电路可确认 Vos 变化背后的 CMRR -请参阅以下内容：

总之、您不需要其他器   件-您只需针对不同的 VCM 校准系统、并在后处理中考虑输入电压偏移与 VCM 之间的变化、如上所示。

尊敬的 Marek：

你肯定是对的：Vosdoes 随 Vcm 变化。 但是、即使 VCM 稳定、我也可以看到 Vos 调制。 在我的设置中、我设置 VCM =-1V、并通过增大 Vdiff 来测量不同的偏移。 当 Vdiff 比 Vos 大几个时间时、该效应是相关的。  

非常感谢您的参与和支持。 如果您没有有关此效果的具体信息、我可以关闭此案例。

像往常一样、E2E 是在我的设计中使用 TI 硬件的伟大动机。

最棒的

Alberto

您好、Alberto、

我不确定如何使用 Vdiff (VM1)的变化来测量 Vos 变化。  对输入电压 VM1的变化进行仿真、正如预期的那样、我没有看到输入电压偏移 Vos = VM2-VM1发生任何变化-请参阅下面的内容。

尊敬的 Marek：

对于极小的 Vdiff、大约为几 Vos、我在实验(不在仿真中)中看到测量的 Vout 与使用 INA 增益公式计算的 Vout 之间的差异。 我将此效应解释为由 Vdiff 引起的 Vos 调制。 当然、这只是证明实验证据合理的"猜测"。 对于大于几 Vos 的 Vdiff、测量和预测的 Vout 值在误差范围内确实匹配。 我想知道为什么对于非常小的 Vdiff、INA 看起来不是线性的。 显然、必须存在一些非线性效应、当 Vdiff > Vos 时消失。

再次感谢你能抽出时间。

此致、

Alberto

阿尔贝托

测得的 Vout 和使用 INA 增益公式计算得出的 Vout 之间的差异很可能是增益误差(受 Rg 电阻器容差的限制)的结果、并且 Vos 不会发生变化。  请像我在上面所做的那样获取 VM1和 VM2的读数、并   通过计算 两个数字之间的差值而不是测量输出来找到偏移、输出中包含增益误差。 由于输入电压 Vdiff 的任何变化是单端的(R2的左侧不会变化)、因此 Vdiff 导致的 Vos 调制唯一原因是 Vcm 的变化为 Vdiff 电压变化的一半-请记住、Vcm =(VINP+VINN)/2。 因此、Vdiff 变化50uV 意味着 Vcm 变化25uV、从而导致 Δ Vos=~25uV/120dB = 25pV -远低于 INA118的本底噪声、因此您无法测量它。  总之、我 相信 您在 Vout 看到的任何误差都是由增益误差而不是 Vos 变化引起的。

您好、Alberto、

我建议使用以下测试电路：

e2e.ti.com/.../alberto_5F00_ina118.TSC

分压器通过 R1将输入电压 Vin=0...10V 转换为0...100nA 的电流。 如果实际上存在这样的非线性或迟滞、则不应再看到直线。

我同意 Marek。 我不认为 Vos 是由 Vdiff 调制的。 我会期望恰好相反：输入信号越低、任何非线性度都越低。

但让我头疼的是47µ μ F 电容器。 如果这些电容器是电解电容器、则其泄漏电流可能会破坏测量。 电解电容器的泄漏电流在很大程度上取决于这些电容器上的压降、并且显示的值可能超过1µA μ F。 泄漏电流随着时间的推移而减小、但在关断和导通之后、它们再次以高电平启动。

具有极高电容值的陶瓷电容器也会显示非常奇怪的直流性能。 如果它们在焊接过程中损坏(并且很容易被焊接损坏...) 它们可能会显示非常奇怪的泄漏电流效应。

我建议使用由 PET 甚至 PP 制成的金属化薄膜电容器。  

我想到的另一个问题是热电势。 ESD 造成的损坏。

Kai

尊敬的 Kai 和 Marek：

我同意您对"大发"行为的指责。 它们都是 TDK 和/或 Murata 制造的多层陶瓷(MLCC)。 它们使用我们的 Keithley SMU 进行了测试、显示泄漏电流低于1nA。 但是，根据你的怀疑，我把他们全部带走了。 问题仍然存在。 我们不断看到低电流范围内的非线性、例如0至30nA。

对我来说、在实验室中测试您的方案非常容易。 下周、我将向大家介绍结果。

感谢大家 的帮助和支持！

最棒的

Alberto

尊敬的 Kai 和 Marek：

在准备您之前的帖子中建议的设置时、请查看以下主题：

文章中讨论的问题与我遇到的问题非常相似：当 Vdiff 处于几个 Vos 范围内时、缺少线性。 在这种情况下、组件来自模拟器件、SPICE 模型似乎重现了失真。

一旦我有实验数据、我将与您分享这些数据。

再次感谢大家的支持和理解。

最棒的

Alberto

尊敬的 Kai：

我刚刚模拟了您的设置、以便绘制 INA 增益。 增益刚刚定义为 INA_Vout/INA_Vdiff。

如您所见、仿真清楚地显示了巨大的非线性、直到流经 Rsense (4.7K)的 Che 电流未达到50nA。 这或多或少是我在实验中所经历的。 这是 TINA 原理图：

e2e.ti.com/.../alberto_5F00_ina118_5F00_with_5F00_gain.TSC

对于如何在极低的 Vdiff 范围内避免/缓和此类非线性、您有什么建议吗？ 我想知道、只有当信号与 Vos 相比足够大时、我才应该对信号进行预放大、以满足 INA 的要求。 我想很容易说、很难做。 我需要一个偏移较低的运算放大器、其 Vos 可低至0.1uV 甚至更低。

非常感谢您的参与和支持。

最棒的

Alberto

您好、Alberto、

我认为这只是输入失调电压、而是输入失调电流影响：

e2e.ti.com/.../alberto_5F00_ina118_5F00_with_5F00_gain_5F00_1.TSC

Kai

尊敬的 Kai：

我同意你的意见。 但是、这意味着我无法使用 INA 来测量低于50nA 的电流... 非线性度非常大。 您是否有任何关于如何补偿的建议？

最棒的

Alberto