Thiết kế mạch khuếch đại hoạt động cho tín hiệu Microvolt với Op Amp không trôi ET85502

Trong giao diện người dùng cảm biến chính xác, mạch khuếch đại hoạt động thường quyết định mức độ lỗi đạt đến phép đo cuối cùng. Khi tín hiệu chỉ ở mức vài microvolt, độ lệch, độ lệch và dòng điện lệch của op amp có thể dễ dàng vượt quá chính tín hiệu đó.

ETEK của ET8550X là dòng bộ khuếch đại hoạt động không trôi, cung cấp độ lệch điển hình 1µV và độ lệch 0,005µV/°C mà không cần tụ điện bên ngoài. Trong bài viết này bạn sẽ học:

• Thông số op amp nào chi phối lỗi trong các mạch chính xác
• Thông số kỹ thuật đã được xác minh của ET8550X
• Bốn ý tưởng mạch thực tế cho cảm biến và thiết bị đo đạc
• Mẹo bố cục bảo vệ độ chính xác ở mức microvolt

Bộ khuếch đại hoạt động không trôi là gì?

Bộ khuếch đại hoạt động không trôi sử dụng tính năng tự động hiệu chỉnh bên trong, chẳng hạn như tự động về 0 hoặc ổn định bộ ngắt, để giữ cho điện áp bù đầu vào và độ lệch nhiệt độ của nó cực kỳ thấp. Điều này cho phép mạch khuếch đại hoạt động khuếch đại tín hiệu microvolt mà không cần cắt xén hoặc hiệu chỉnh nhiệt độ thường xuyên.

Điều gì hạn chế độ chính xác trong mạch khuếch đại hoạt động?

Bốn tham số thường chiếm ưu thế trong quỹ lỗi:

• Điện áp bù đầu vào (VOS): xuất hiện ở đầu ra nhân với mức tăng vòng kín.
• Độ trôi lệch: thay đổi VOS theo nhiệt độ, do đó hiệu chuẩn ở nhiệt độ phòng không thể loại bỏ nó.
• Dòng điện thiên vị đầu vào (IB): chạy qua điện trở nguồn và điện trở phản hồi, tạo ra lỗi điện áp bổ sung với các cảm biến có trở kháng cao.
• CMRR và PSRR: đặt mức độ nhiễu ở chế độ chung và rò rỉ gợn sóng cung cấp vào đầu ra.

Ví dụ: trong bộ khuếch đại cầu có mức tăng 1.000, cứ 10µV offset sẽ trở thành 10mV ở đầu ra. Đó là lý do tại sao các thiết kế chính xác thường dựa vào bộ khuếch đại auto-zero hoặc bộ khuếch đại chopper đắt tiền.

Thông số kỹ thuật chính của ET8550X

ET8550X là dòng bộ khuếch đại hoạt động chính xác đầu vào và đầu ra một kênh, hai kênh và bốn kênh. Tất cả các giá trị bên dưới là thông số kỹ thuật điển hình từ biểu dữ liệu ET8550X (Rev 1.1):

Tích số băng thông tăng (GBP) và tốc độ xoay thay đổi đôi chút theo điện áp nguồn: ở VS = 5V, GBP điển hình là 1,5 MHz với tốc độ xoay 0,4V/µs, trong khi ở VS = 2,7V, GBP điển hình là 1 MHz với tốc độ xoay 0,5V/µs.

Tại sao ET8550X phù hợp với mạch chính xác

Độ lệch gần bằng 0 từ -40°C đến +125°C

Với độ lệch 0,005µV/°C, độ lệch thay đổi dưới 1µV trên toàn bộ phạm vi hoạt động. Trong nhiều thiết kế, điều này loại bỏ nhu cầu cắt offset và hiệu chỉnh nhiệt độ.

Dòng điện phân cực đầu vào 20pA

Dòng điện phân cực thấp giữ cho sai số nhỏ ngay cả với điện trở có giá trị cao hoặc nguồn có trở kháng cao như cảm biến cầu và điốt quang.

Đầu vào và đầu ra từ đường ray đến đường ray

Phạm vi chế độ chung bao gồm cả hai đường ray và đầu ra chuyển từ đường ray này sang đường ray khác. Điều này giúp đơn giản hóa việc cảm nhận dòng điện phía cao và phía thấp, đồng thời tối đa hóa dải động trên nguồn cung cấp 3,3V hoặc 5V.

Không có tụ điện bên ngoài

Không giống như một số bộ khuếch đại ổn định chopper, ET8550X không cần tụ điện bên ngoài. Điều đó tiết kiệm không gian bảng và chi phí BOM.

Bốn ý tưởng về mạch khuếch đại hoạt động sử dụng ET8550X

1. Bộ khuếch đại cảm biến biến dạng và áp suất

Cầu Wheatstone phát ra tín hiệu vi sai nhỏ. Danh sách bảng dữ liệu ET8550X bộ khuếch đại máy đo biến dạng trong số các ứng dụng mục tiêu, trong đó kênh đôi, CMRR 130dB và độ lệch 1µV giúp duy trì độ chính xác ở mức tăng cao. Trong thực tế, các nhà thiết kế thường đặt hai bộ khuếch đại ở mặt trước của thiết bị đo đạc cổ điển để vi sai cấp microvolt của cầu nối tới ADC với độ lệch tối thiểu và lỗi chế độ chung.

2. Cảm biến dòng điện có độ chính xác thấp

Với điện trở shunt nhỏ, điện áp cảm nhận có thể chỉ vài milivolt. Đầu vào Rail-to-rail cho phép cảm biến ngay trên mặt đất, trong khi độ lệch thấp giúp giảm sai số ở dòng điện nhỏ.

3. Mặt trước cặp nhiệt điện và RTD

Cặp nhiệt điện chỉ tạo ra hàng chục microvolt mỗi độ. Bộ khuếch đại không có độ lệch bằng 0 ngăn cản việc đọc độ lệch của chính nó khi thay đổi nhiệt độ.

4. Dụng cụ y tế cầm tay

Các thiết bị y tế chạy bằng pin cần độ chính xác ở điện áp thấp. Nguồn cung cấp tối thiểu 2,7V và 770µA trên mỗi kênh phù hợp với các yêu cầu này.

Mẹo bố trí PCB cho mạch Op Amp chính xác

1. Đặt các bộ phận bên ngoài càng gần thiết bị càng tốt để giảm lỗi ký sinh.
2. Định tuyến các dấu vết đầu vào khỏi đường cung cấp và tín hiệu số.
3. Tách các chân nguồn gần thiết bị bằng tụ gốm có ESR thấp.
4. Giữ môi trường nhiệt xung quanh cả hai đầu vào đối xứng để tránh hiệu ứng cặp nhiệt điện ký sinh tại các mối hàn.

Cần một kênh duy nhất trong một gói nhỏ? Xem Trang sản phẩm ET85501. Để chuyển đổi tín hiệu IoT điện áp thấp, hãy đọc bài viết của chúng tôi về bộ khuếch đại hoạt động điện áp thấp.

Câu hỏi thường gặp

Điều gì tạo nên một mạch khuếch đại thuật toán “chính xác”?

Mạch khuếch đại hoạt động chính xác giữ cho tổng sai số—chủ yếu là sai số bù, sai lệch và sai lệch dòng điện—dưới độ phân giải mà hệ thống cần. Với ET8550X, độ lệch thông thường là 1µV và độ lệch là 0,005µV/°C, do đó, op amp gây ra rất ít lỗi ngay cả ở mức tăng cao.

ET8550X có thể chạy từ nguồn 3,3V không?

Đúng. ET8550X hoạt động từ một nguồn điện 2,7V đến 5,0V duy nhất, vì vậy hệ thống 3,3V được hỗ trợ đầy đủ. Ở điện áp cung cấp thấp hơn, sản phẩm băng thông khuếch đại giảm từ 1,5 MHz xuống còn khoảng 1 MHz, vẫn đủ cho hầu hết các ứng dụng cảm biến và đo lường.

ET8550X có cần tụ điện bên ngoài không?

Không. ET8550X mang lại hiệu suất không bị lệch mà không cần tụ điện bên ngoài. Điều này khác với một số bộ khuếch đại ổn định chopper yêu cầu các bộ phận bên ngoài, vì vậy các nhà thiết kế tiết kiệm không gian bo mạch, giảm chi phí BOM và đơn giản hóa cách bố trí các mô-đun cảm biến nhỏ gọn.

ET8550X có phù hợp với môi trường nhiệt độ cao không?

Đúng. ET8550X được chỉ định trong phạm vi nhiệt độ hoạt động là -40°C đến +125°C, làm cho nó phù hợp với môi trường cảm biến nhiệt độ mở rộng và công nghiệp đòi hỏi khắt khe.

Kết luận: Xây dựng giao diện người dùng chính xác đến Microvolt

Đối với bất kỳ mạch khuếch đại hoạt động nào mà mỗi microvolt đều được tính, ET8550X kết hợp độ chính xác không trôi, tính linh hoạt giữa các đường ray và phạm vi hoạt động -40°C đến +125°C mà không cần tụ điện bên ngoài.

👉 Ghé thăm Trang sản phẩm ET85502M/U để khám phá thông số kỹ thuật chi tiết và tải xuống bảng dữ liệu

✉️ Yêu cầu mẫu: https://www.etekmicro.com/sample