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器件型号：INA849 主题中讨论的其他器件： TMUX6219
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Hiroaki-San、
可以使用多路复用器来开关仪表放大器上的 RG 电阻器、但是、设计人员需要注意/小心模拟开关 RON 电阻和寄生开关电容的影响。 此外、设计人员需要选择可适应 INA849全模拟信号范围的多路复用器。
多路复用器具有相关的 CIN/COUT 寄生电容。 INA849仪表放大器的 RG 引脚对导致潜在稳定性问题的电容敏感。 在较低的 INA 增益下、此灵敏度最差、例如 G=1V/V INA849是一个相对高带宽的仪表放大器、对较低增益下的开关电容非常敏感。
INA849的增益由总 RG 电阻设置；其中 INA849的增益由下述公式给出：
增益= 1 + 6kΩ Ω/RG
所有 IC 模拟开关都有相关的 RON 电阻、该开关 RON 电阻会随开关电压和温度以非线性方式变化。 该 RON 电阻将与 RG 电阻串联、并产生增益误差。 所需的理想 RG 电阻器值在增益较高时较低、因此、由于 RON 串联电阻引起的增益误差灵敏度在增益较高时较高。
编辑： 增加了增益示例以确保稳定性2-22-23
下面是一个示例、需要提供~50.5V/V 和~100V/V 增益、但该应用允许宽松的增益误差规格：
您可以看到、INA849在更高的增益下需要低 RG 电阻值、 并且电路对高增益下的 RON 电阻变得敏感、因此在高增益下使用模拟开关或多路复用器不切实际、除非应用对增益误差和增益线性误差具有宽松的容差。 簧片机械继电器提供更低的 RON 开关串联电阻和更好的串联导通电阻线性度、但继电器往往占用更高的 PCB 面积、并且成本往往高于模拟开关/多路复用器。
在较低的增益下、尤其是 G=1时、INA849将对开关电容非常敏感、从而使电路不稳定。
谢谢、此致、
Luis
Hiroaki 您好、
正如 Luis 已经提到的、多路复用器应该具有极低的开关电容。 否则、INA849很容易变得不可安装：
e2e.ti.com/.../hiroaki_5F00_ina849.TSC
问题是、输入电容(开关电容)对内部运算放大器相位裕度的影响无法通过合适的相位超前电容进行补偿、原因只是无法从外部将其连接到第一个内部运算放大器级的输出。 µs、INA849的速度非常快(22MHz 和35V/μ s)、这使得这一过程更加复杂。
因此、具有开关电容的多路复用器在 pF 范围内(既不是10pF 范围、也不是100pF 范围！) 应用。 同时、还必须尽可能减小多路复用器电路布局的杂散电容。
与 RG 输入端的任何多路复用器接线相对应的另一点是、这些术语对 EMI 引起的电荷注入非常敏感、并且容易受到杂散电容引起的不稳定反馈的影响。 因此、最好保持 RG 输入完全不变、并且只连接一个具有尽可能短连接的单个电阻器。 可以通过在 INA849的+/-输入处设置不同的衰减因子并以最大增益运行 INA849来执行增益设置。 如果无法实现、我最好在 INA849之外完全执行增益开关。
在任何情况下、INA849的 RG 输入上不同增益设置的数量都应降至绝对最小值。 这将有助于限制布局的总开关电容和杂散电容。
Kai
Hiroaki-San、
正如上面的两个柱上所讨论的、减少 RG 引脚上的电容是绝对必要的。 如 Kai 所述、必须最大限度地减小 PCB 布局中的杂散电容、开关电容和元件数量。 选择可用的最小电容模拟开关。
然而、即使是覆盖 ±12V 范围的最低电容开关也会出现10皮法拉范围内的电容。
在增益远高于 G>>1的情况下使用 INA849时有助于实现稳定性的一个技巧是将 RG 增益电阻器拆分为两个电阻器、并将模拟开关置于中间位置。 在以下示例中、RG1、RG2、RG3电阻器立即放置在靠近 RG 引脚的位置。 该串联电阻可为开关寄生电容提供一定程度的隔离、并有助于提高稳定性。 具有 TMUX6219的下面电路在 G=~81V/V、G=40.81V/V 时保持稳定、在更高的增益下可承受几十皮法拉。
以下电路提供2个增益：
-开关 S1位置： RG = 36.5 + 77.7 + 36.5 = 150.7 Ω--> G=~40.8V/V
-开关 S2位置：(短路77.7 Ω 电阻器) RG = 36.5 + 36.5 + 2.1 = 75.1Ohm --> G=~80.9V/V
G=40.8V/V 时存在较小的增益误差、这是因为开关处于断开状态并且 RON 不会增加 RG 电阻；然而、G=80.9V/V 在大约~3%时呈现较大的增益误差。 对于要求低噪声、高带宽、但在其中精度应用中对增益误差具有宽松容差的客户而言、此电路是可以接受的。 在使用 INA849时、需要强调的是、电路在较低增益下将不稳定。
由于对开关电容和 RON 电阻的敏感度以及 对 RG 引脚的噪声敏感度、RG 模拟开关/多路复用方法存在许多限制、尤其是在使用高带宽 INA849时、 这对 RG 引脚上的电容非常敏感、需要使用小型 RG 电阻器来设置增益。
TINA 仿真：
e2e.ti.com/.../INA849_5F00_TMUX6219.TSC
谢谢、此致、
Luis
Hiroaki-San、
TMUX6219具有 CS (off) 33pF 和 CD (off) 48pF。 当开关打开时、在上面的电路中、G=~40.8V/V、并且电路在过冲~17%时保持稳定。 关闭开关时、导通电容 Cs (on)、Cd (on)为148pF。 这意味着148pF 分布在开关的输入和输出引脚上、或者输入大约~74pF、输出大约74pF。 INA849为增益=80.79V/V
当 TMUX 在此特定增益下闭合时、上述电路在增益=80.79V/V 时仍然保持稳定。 在上一帖子的仿真中、我使用了一个简化模型来解释 RON 和寄生开关电容的概念。 但是、您可以使用 TMUX6219 SPICE 模型、在开关闭合或断开位置更新寄生电容、以检查稳定性。 请参阅以下使用 TMUX6219模型更新的仿真。
TINA 文件：
e2e.ti.com/.../INA849_5F00_TMUX6219_5F00_2_2D00_27_2D00_2023_5F00_TMUXmodel.TSC
正如我们所讨论的、最坏情况下的稳定性发生在较低的增益上。 我建议您验证所有增益设置上的过冲始终小于25%、以确保电路上的相位裕度保守。
此外、确保在仿真中添加估算的寄生 PCB 电容。 在 CPCB 设计中、尝试 最大程度地减小 电路板布局中的杂散电容、确保在选择开关时尽可能减小开关电容、并减少连接到 RG 引脚的元件数量、因为这些引脚是敏感的。 INA849可能会变得不稳定、在较低的增益设置下它是最敏感的。
谢谢、此致、
Luis