SGM620A：低功耗、低噪聲儀表放大器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，儀表放大器是一種關(guān)鍵的組件，廣泛應(yīng)用于各種需要高精度信號(hào)放大的場(chǎng)景。今天，我們將深入探討SGM620A這款低功耗、低噪聲、軌到軌輸出的儀表放大器，了解它的特點(diǎn)、性能以及應(yīng)用場(chǎng)景。

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一、產(chǎn)品概述

SGM620A是一款高精度、高電壓儀表放大器，它的獨(dú)特之處在于能夠通過(guò)一個(gè)外部電阻將增益設(shè)置在1到10000之間。它的低功耗特性使其在電池供電應(yīng)用中表現(xiàn)出色，典型靜態(tài)電流僅為1.3mA。同時(shí)，它提供了SOIC - 8和TDFN - 3×3 - 8L兩種封裝，相較于傳統(tǒng)的分立三運(yùn)放電路，尺寸更小。

SGM620A具有諸多優(yōu)秀特性，如最大120ppm的非線性、最大80μV的低輸入失調(diào)電壓，還具備低噪聲、低偏置電流和低功耗等特點(diǎn)，這些特性使其成為對(duì)直流性能要求極高的應(yīng)用的理想選擇。

二、產(chǎn)品特性

1. 增益設(shè)置靈活

通過(guò)單個(gè)外部電阻即可設(shè)置增益，范圍從1到10000，滿足不同應(yīng)用的需求。

2. 低失調(diào)電壓

輸入失調(diào)電壓最大為80μV，確保了高精度的信號(hào)放大。

3. 低偏置電流

典型輸入偏置電流為15nA，減少了對(duì)輸入信號(hào)的影響。

4. 高共模抑制比

在增益為10時(shí)，典型共模抑制比達(dá)到120dB，有效抑制共模信號(hào)干擾。

5. 低噪聲

在1kHz時(shí)，輸入電壓噪聲為6nV/√Hz，0.1Hz到10Hz頻段的電壓噪聲為0.4μVp - p，適合對(duì)噪聲要求嚴(yán)格的應(yīng)用。

6. 快速建立時(shí)間

在增益為100時(shí)，達(dá)到0.01%精度的建立時(shí)間僅為10μs，適用于多路復(fù)用應(yīng)用。

7. 軌到軌輸出

支持單電源或雙電源供電，電源電壓范圍為4.6V到36V或±2.3V到±18V。

8. 低功耗

典型電源電流為1.3mA，延長(zhǎng)了電池供電設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。

9. 寬溫度范圍

工作溫度范圍為 - 40℃到 + 125℃，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。

三、電氣特性

1. 增益特性

增益范圍為1到10000，不同增益下的增益誤差和溫度系數(shù)有所不同。例如，在增益為100時(shí)，25℃下的增益誤差典型值為0.1%，全溫度范圍內(nèi)最大為0.5%。

2. 失調(diào)電壓

輸入失調(diào)電壓在25℃下典型值為30μV，全溫度范圍內(nèi)最大為160μV；輸出失調(diào)電壓在25℃下典型值為200μV，全溫度范圍內(nèi)最大為1200μV。

3. 輸入特性

輸入阻抗高，差分輸入阻抗在25℃下為10GΩ，共模輸入阻抗同樣為10GΩ。輸入電壓范圍在不同電源電壓下有所變化，確保了在各種電源條件下的正常工作。

4. 輸出特性

輸出電壓擺幅在不同電源電壓和負(fù)載電阻下有相應(yīng)的表現(xiàn)，例如在±18V電源和2kΩ負(fù)載下，25℃時(shí)輸出高電平最大為400mV，輸出低電平最大為300mV。

5. 電源特性

靜態(tài)電流在25℃下典型值為1.3mA，全溫度范圍內(nèi)最大為2.2mA。不同增益下的小信號(hào) - 3dB帶寬也有所不同，如增益為1時(shí)帶寬為3900kHz，增益為100時(shí)帶寬為140kHz。

四、典型性能特性

1. 電源抑制比（PSRR）

不同增益下的PSRR隨頻率變化的曲線展示了其對(duì)電源波動(dòng)的抑制能力。在低頻段，PSRR較高，能夠有效減少電源噪聲對(duì)輸出信號(hào)的影響。

2. 共模抑制比（CMRR）

CMRR隨頻率變化的曲線表明，在不同增益下，SGM620A都能保持較高的共模抑制能力，特別是在低頻段，能夠有效抑制共模信號(hào)。

3. 輸入電壓噪聲密度

輸入電壓噪聲密度隨頻率變化的曲線顯示，在1kHz時(shí)噪聲密度為6nV/√Hz，在0.1Hz到10Hz頻段的電壓噪聲為0.4μVp - p，體現(xiàn)了其低噪聲特性。

4. 建立時(shí)間

不同增益下的建立時(shí)間曲線展示了其在不同增益下的響應(yīng)速度，如增益為1到100時(shí)，達(dá)到0.01%精度的建立時(shí)間為10μs，增益為1000時(shí)為51μs。

五、工作原理

SGM620A基于經(jīng)典的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，是一款整體式儀表放大器。其高精度輸入由兩個(gè)輸入晶體管Q1和Q2提供，通過(guò)兩個(gè)環(huán)路Q1 - A1 - R1和Q2 - A2 - R2維持Q1和Q2的恒定集電極電流，使輸入電壓加在增益設(shè)置電阻RG上。差分增益可表示為 (G = 1 + (R{1} + R{2}) / R_{G}) ，通過(guò)單位增益減法器（A3）可以抑制共模信號(hào)，從而產(chǎn)生單端輸出。

六、應(yīng)用場(chǎng)景

1. 壓力測(cè)量

SGM620A在電橋應(yīng)用中表現(xiàn)出色，如測(cè)量稱重秤中的壓力。由于其高輸入阻抗，適合檢測(cè)高電阻的壓力傳感器。在一個(gè)由5V單電源供電的5kΩ壓力傳感器電橋電路中，電橋僅消耗1mA電流，通過(guò)緩沖分壓器和SGM620A對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，典型供電電流為3.3mA。此外，其小尺寸和低噪聲、低漂移特性使其也適用于無(wú)創(chuàng)血壓測(cè)量等診斷應(yīng)用。

2. 醫(yī)療心電圖放大器

由于其低電流噪聲特性，SGM620A可用于心電圖監(jiān)測(cè)器。在電池供電的數(shù)據(jù)記錄器中，它能夠在低電源電壓、低功耗和節(jié)省空間的封裝條件下工作。同時(shí)，結(jié)合其低電壓噪聲、低電流和低偏置電流的優(yōu)勢(shì)，可以提高動(dòng)態(tài)范圍。通過(guò)電容C1可以維持右腿驅(qū)動(dòng)回路的穩(wěn)定性，并且為了保護(hù)患者，需要在患者和電路部分之間添加隔離保護(hù)措施。

3. 精密V - I轉(zhuǎn)換器

利用一個(gè)SGM620A、另一個(gè)運(yùn)算放大器和兩個(gè)電阻可以輕松實(shí)現(xiàn)一個(gè)精密電流源。為了獲得更好的共模抑制比，需要在REF引腳和放大器的OUT引腳之間放置一個(gè)緩沖器。

七、應(yīng)用注意事項(xiàng)

1. 輸入和輸出失調(diào)電壓

輸入和輸出誤差是導(dǎo)致SGM620A誤差的主要來(lái)源。在大增益時(shí)，輸入誤差占主導(dǎo)；在小增益時(shí)，輸出誤差占主導(dǎo)。總輸入?yún)⒖颊`差（RTI）等于輸入誤差加上（輸出誤差/增益），總輸出參考誤差（RTO）等于（輸入誤差×增益）加上輸出誤差。

2. 參考端子

參考端子的電位定義了零輸出電壓，當(dāng)負(fù)載不連接到系統(tǒng)的精確地時(shí)，參考端子非常有用。參考電壓應(yīng)在電源電壓范圍內(nèi)，且為了保持良好的共模抑制比，該引腳的寄生電阻應(yīng)較低。

3. 增益選擇

儀表放大器的增益由外部電阻RG決定，RG的精度對(duì)增益誤差有重要影響。建議選擇精度為0.1%或1%的電阻，并且為了避免增益漂移，RG的溫度系數(shù)應(yīng)低至1ppm/℃。

4. RF干擾

儀表放大器的一個(gè)特點(diǎn)是能夠整流帶外小信號(hào)，這種干擾可以表現(xiàn)為小偏置電壓。通過(guò)在儀表放大器的輸入位置放置R - C網(wǎng)絡(luò)可以過(guò)濾所有高頻分量，電容CD影響差分信號(hào)質(zhì)量，電容CC影響共模信號(hào)質(zhì)量。為了獲得良好的共模抑制比，建議CD的電容值是CC的10倍。

5. 共模抑制

為了獲得最佳的共模抑制比，REF引腳應(yīng)連接到低阻抗輸入，兩個(gè)輸入之間的阻抗差應(yīng)盡可能小。使用屏蔽電纜可以有效降低電路噪聲，并且需要正確驅(qū)動(dòng)屏蔽電纜以獲得更好的共模抑制比。

6. 接地隔離

為了解決接地問(wèn)題，REF引腳應(yīng)連接到“本地地”。由于數(shù)字電路環(huán)境嘈雜，數(shù)據(jù)采集組件（如ADC）有AGND和DGND兩個(gè)引腳，可以使用單根線或0Ω電阻進(jìn)行隔離，并且模擬和數(shù)字的接地返回應(yīng)在一點(diǎn)連接。

7. 偏置電流接地返回

儀表放大器輸入級(jí)的晶體管需要偏置電流（IB）來(lái)工作和偏置，因此需要為偏置電流設(shè)計(jì)接地返回路徑。例如，對(duì)于交流耦合變壓器等浮動(dòng)輸入的放大器，需要在輸入和地之間建立電氣連接。

八、封裝信息

SGM620A提供SOIC - 8和TDFN - 3×3 - 8L兩種封裝，文檔中詳細(xì)給出了這兩種封裝的外形尺寸、推薦焊盤(pán)尺寸、編帶和卷盤(pán)信息以及紙箱尺寸等。工程師在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，可以根據(jù)這些信息進(jìn)行合理的布局和焊接。

SGM620A以其卓越的性能和豐富的特性，為電子工程師在高精度信號(hào)放大應(yīng)用中提供了一個(gè)可靠的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇增益、處理失調(diào)電壓、抑制干擾等，以充分發(fā)揮SGM620A的優(yōu)勢(shì)。你在使用儀表放大器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和問(wèn)題。