ET85502 ゼロドリフト オペアンプを使用したマイクロボルト信号用のオペアンプ回路設計

高精度センサー フロントエンドでは、 オペアンプ回路 多くの場合、最終測定にどの程度の誤差が生じるかを決定します。信号がわずか数マイクロボルトの場合、オペアンプのオフセット、ドリフト、バイアス電流は信号自体を簡単に超える可能性があります。

ETEKの ET8550X は、外付けコンデンサなしで 1µV typ のオフセットと 0.005µV/°C のドリフトを実現するゼロドリフト オペアンプ ファミリです。この記事では次のことを学びます:

• 高精度回路の誤差を支配するオペアンプのパラメータはどれですか
• ET8550Xの検証済み仕様
• センシングと計測のための 4 つの実用的な回路アイデア
• マイクロボルトレベルの精度を守るレイアウトのヒント

ゼロドリフトオペアンプとは何ですか?

ゼロドリフトオペアンプは、自動ゼロ調整やチョッパー安定化などの内部自動補正を使用して、入力オフセット電圧とその温度ドリフトを極めて低く保ちます。これにより、オペアンプ回路はトリミングや頻繁な温度校正を行わずにマイクロボルト信号を増幅できます。

オペアンプ回路の精度を制限するものは何ですか?

通常、エラー バジェットを支配するのは 4 つのパラメータです。

• 入力オフセット電圧 (VOS): 閉ループゲインを乗じた出力に現れます。
• オフセットドリフト: VOS は温度によって変化するため、室温校正では VOS を除去できません。
• 入力バイアス電流 (IB): ソース抵抗とフィードバック抵抗を通って流れるため、高インピーダンス センサーでは余分な電圧誤差が生じます。
• CMRR と PSRR: 出力に漏れるコモンモードノイズと電源リップルの量を設定します。

たとえば、ゲインが 1,000 のブリッジアンプでは、オフセットが 10µV ごとに出力で 10mV になります。そのため、精密設計は伝統的に高価なオートゼロ アンプやチョッパー アンプに依存してきました。

ET8550Xの主な仕様

ET8550X は、シングル、デュアル、クアッドチャネル、レールツーレール入力および出力の高精度オペアンプ ファミリです。以下のすべての値は、ET8550X データシート (Rev 1.1) の標準仕様です。

ゲイン帯域幅積 (GBP) とスルーレートは電源電圧によってわずかに変化します。VS = 5V では、標準的な GBP は 1.5MHz、スルーレートは 0.4V/μs ですが、VS = 2.7V では、標準的な GBP は 1MHz、スルーレートは 0.5V/μs です。

ET8550X が精密回路に適している理由

-40°C ～ +125°C でほぼゼロのドリフト

ドリフトが 0.005µV/°C であるため、オフセットの変化は全動作範囲にわたって 1µV 未満になります。多くの設計では、これによりオフセット トリミングや温度校正が不要になります。

20pAの入力バイアス電流

バイアス電流が低いため、値の大きい抵抗やブリッジ センサーやフォトダイオードなどの高インピーダンス ソースを使用した場合でも誤差が小さく抑えられます。

レールツーレール入出力

コモンモード範囲には両方のレールが含まれ、出力はレール間でスイングします。これにより、ハイサイドとローサイドの電流検出が簡素化され、3.3V または 5V 電源でのダイナミック レンジが最大化されます。

外付けコンデンサなし

一部のチョッパー安定化アンプとは異なり、ET8550X には外付けコンデンサが必要ありません。これにより、基板スペースと BOM コストが節約されます。

ET8550Xを使用した4つのオペアンプ回路のアイデア

1. ひずみゲージと圧力センサーアンプ

ホイートストン ブリッジは小さな差動信号を出力します。 ET8550X データシートのリスト ひずみゲージアンプ ターゲット・アプリケーションでは、デュアル・チャネル、130dB CMRR、1µV オフセットが高ゲインでの精度の維持に役立ちます。実際には、ブリッジのマイクロボルトレベルの差動が最小限のオフセットとコモンモード誤差で ADC に到達するように、設計者は 2 つのアンプを古典的な計測器のフロントエンドに配置することがよくあります。

2. ローサイドの高精度電流検出

小さなシャント抵抗を使用すると、検出電圧はわずか数ミリボルトになる可能性があります。レールツーレール入力により、グランドでの検出が可能になり、低オフセットにより小電流時の誤差も低く抑えられます。

3. 熱電対と RTD フロントエンド

熱電対は 1 度あたりわずか数十マイクロボルトしか生成しません。ゼロドリフトアンプは、アンプ自体のドリフトが温度変化として読み取られるのを防ぎます。

4. 携帯型医療機器

バッテリー駆動の医療機器は、低電圧での精度が必要です。最小電源 2.7V とチャネルあたり 770µA は、これらの要件に適合します。

高精度オペアンプ回路のための PCB レイアウトのヒント

1. 寄生エラーを減らすために、外部コンポーネントをできるだけデバイスの近くに配置します。
2. 入力配線を電源ラインやデジタル信号から離して配線します。
3. 低 ESR セラミック コンデンサを使用して、デバイスの近くの電源ピンをデカップリングします。
4. はんだ接合部での寄生熱電対の影響を避けるために、両方の入力周囲の熱環境を対称に保ちます。

小さなパッケージに単一のチャンネルが必要ですか?を参照してください。 ET85501 製品ページ。低電圧 IoT 信号変換については、次の記事を参照してください。 低電圧オペアンプ.

よくある質問

オペアンプ回路の「精度」とは何でしょうか?

高精度のオペアンプ回路により、総誤差 (主にオフセット、ドリフト、バイアス電流誤差) がシステムに必要な分解能未満に抑えられます。 ET8550X では、標準オフセットは 1µV、ドリフトは 0.005µV/°C であるため、ゲインが高くてもオペアンプが寄与する誤差はほとんどありません。

ET8550X は 3.3V 電源で動作できますか?

はい。 ET8550X は 2.7V ～ 5.0V の単電源で動作するため、3.3V システムが完全にサポートされています。電源電圧が低い場合、ゲイン帯域幅積は 1.5MHz から約 1MHz に低下しますが、これでもほとんどのセンサーおよび測定アプリケーションには十分です。

ET8550X には外付けコンデンサが必要ですか?

いいえ、ET8550X は外付けコンデンサなしでもゼロドリフト性能を実現します。これは、外部コンポーネントを必要とする一部のチョッパ安定化アンプとは異なり、設計者は基板スペースを節約し、BOM コストを削減し、コンパクトなセンサー モジュールのレイアウトを簡素化できます。

ET8550X は高温環境に適していますか?

はい。 ET8550X は、動作温度範囲全体で仕様が規定されています。 -40℃～+125℃、要求の厳しい産業環境や拡張温度検知環境に適しています。

結論: マイクロボルト精度のフロントエンドを構築する

ET8550X は、あらゆるマイクロボルトが重要なオペアンプ回路において、ゼロドリフト精度、レールツーレールの柔軟性、および外付けコンデンサなしで -40°C ～ +125°C の動作範囲を兼ね備えています。

👉 にアクセスしてください。 ET85502M/U 製品ページ 詳細な仕様を調べてデータシートをダウンロードするには

✉️ リクエストサンプル: https://www.etekmicro.com/sample