ada4530 1 что это такое

Обзор

Особенности и преимущества

Подробнее о продукте

ADA4530-1R-EBZ доступна в двух конфигурациях: конфигурации буфера (ADA4530-1R-EBZ-BUF) и конфигурации трансимпедансного усилителя (ADA4530-1R-EBZ-TIA). Обе платы содержат все необходимые пассивные компоненты, разъёмы/клеммные блоки для подключения питания, разъемы BNC/клеммные блоки для выходного напряжения, множество тестовых контактов и металлические экраны. Все компоненты располагаются на лицевой стороне платы, за исключением триаксиального/коаксиального разъема входного сигнала (J1) и экрана SHIELD3.

ADA4530-1R-EBZ также имеет пустые посадочные места для резисторов и конденсаторов, которые позволяют быстро создавать прототипы различных конфигураций, например, инвертирующего и неинвертирующего усилителей.

Спецификация характеристик ADA4530-1 содержится в техническом описании компонента. В дополнение к этому руководству пользователя при работе с оценочной платой следует руководствоваться информацией, приведенной в техническом описании ADA4530-1 и статье по применению AN-1373.

Изображения верхней и нижней стороны оценочной платы показаны на рис. 1 и 2. Другие изображения оценочной платы можно найти в разделе ADA4530-1R-EBZ.

Области применения и технологии

Применяемые компоненты

Документация

Руководства пользователя (1)

Файлы проектирования оценочных плат (1)

Покупка

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, в то время как другие являются дополнительными и нужны лишь для функциональных действий. Мы собираем данные для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную функциональность, которую может предоставить наш сайт. Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть подробные сведения о файлах cookie. Узнайте больше о политике конфиденциальности.

Используемые нами файлы cookie можно классифицировать следующим образом:

Источник

Расширение динамического диапазона высокоимпедансных датчиков

Analog Devices ADA4530-1

Аннотация

Измерение сигналов от датчиков с очень высоким импедансом является сложной задачей. Выходное сопротивление этих датчиков может измеряться тераомами (1×10 12 Ом). Для измерения ничтожных сигнальных токов, создаваемые такими датчиками, как цилиндры Фарадея и фотодиоды, требуются усилители электрометрического класса. В трансимпедансной конфигурации (transimpedance amplifier, TIA) разрешение этих усилителей может достигать 1 фемтоампера (1×10 –15 А). Многие приложения нуждаются в защите этих схем от перегрузки по входу. Компоненты защиты дороги и ухудшают характеристики схемы. В статье описываются эти схемы защиты, а также методы улучшения характеристик, одновременно снижающие стоимость устройств.

Необходимость в защите

Датчики с токовым выходом и высоким сопротивлением рассчитаны на работу с нулевым напряжением смещения. Схема TIA удерживает напряжение на датчике на уровне 0 В. Нулевое напряжение на датчике может быть тогда, когда весь ток датчика протекает через резистор обратной связи. Отрицательная обратная связь устанавливает на выходе усилителя напряжение, которое создает необходимый ток в резисторе обратной связи. Требуемое выходное напряжение, согласно закону Ома, равно току датчика, умноженному на сопротивление обратной связи.

Максимальный ток через резистор обратной связи ограничен размахом выходного напряжения усилителя. Напряжение датчика не может удерживаться равным нулю, если ток датчика превышает максимальный ток резистора обратной связи. Избыточный ток увеличивает напряжение на датчике до тех пор, пока этот ток не сможет пойти по альтернативному пути. В усилителе этот избыточный ток обычно принимают устройства защиты от электростатического разряда.

Для многих приложения такие перегрузки недопустимы, так как восстановление может занимать длительное время, а также мешать работе других каналов. Большие времена восстановления обусловлены емкостями, которые необходимо разряжать. Все емкости датчиков, кабелей и входов должны быть разряжены через резистор обратной связи, который ограничивает скорость разряда. Что еще хуже, диэлектрическая абсорбция (остаточная поляризация) этих изоляторов в ответ на изменения напряжения создает остаточные токи. Для полного рассеивания остаточных токов могут потребоваться минуты или часы. Еще одной проблемой являются помехи в системах с несколькими датчиками, расположенными близко друг к другу. Изменения напряжения на перегруженном датчике из-за емкостной связи передается на соседние каналы. Через эти емкости связи проникает ток, который искажает результаты измерений в соседних каналах.

Схемы ограничителей

Для решения проблем перегрузки по входу необходима схема ограничителя в цепи обратной связи. Ограничитель включает нелинейный элемент обратной связи, способный пропускать большие токи без высоких напряжений, ограничивающих выходной сигнал усилителя. Простой ограничитель обратной связи можно реализовать добавлением диода, параллельного резистору обратной связи (Рисунок 1). При уменьшении выходного напряжения диод (D₁) начинает проводить ток от датчика. Экспоненциальная характеристика диода позволяет ему пропускать очень большие токи датчика без ограничения сигнала на выходе усилителя.

Рисунок 1.	Эта универсальная точная схема нагрузки отдает постоянный ток или имитирует мощный переменный резистор.

Чтобы избежать ухудшения характеристик схемы, нужно правильно выбирать диод, используемый в ограничителе, что непросто для схем TIA с очень высоким импедансом. При низких выходных напряжениях диод ведет себя как резистор, сопротивление которого зависит от тока насыщения. Это сопротивление обычно называют параллельным сопротивлением диода. Параллельное сопротивление шунтирует резистор обратной связи, поэтому оно должно быть намного больше сопротивления резистора, чтобы не искажать передаточную характеристику трансимпедансного усилителя. Это сложная задача, так как параллельное сопротивление имеет экспоненциальную температурную зависимость; его значение уменьшается вдвое на каждые 10 °C повышения температуры. Огромные сопротивления обратной связи, используемые в схемах электрометров, требуют тщательного выбора диодов. Для этих компонентов требуются специально разработанные диоды с малой утечкой. Используется также диодное включение маломощных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом. Эти специальные диоды, как правило, довольно дороги и стоят по несколько долларов за штуку.

Экспоненциальная вольтамперная характеристика диода также создает серьезное ограничение для этой схемы. Когда приложенное напряжение становится больше, чем тепловой потенциал (kT/q), экспоненциальная характеристика начинает преобладать, и линейность простого ограничителя схемы TIA начинает ухудшаться. При комнатной температуре тепловой потенциал составляет всего 26 мВ, что значительно сужает динамический диапазон схемы.

Частично преодолеть ограниченность выходного диапазона простого ограничителя можно с помощью использования защитных технологий (Рисунок 2). Напряжение на ограничительном диоде D₁ привязано к нулю резистором R₁. Усилитель может сделать уровень этого напряжения (V_GUARD) низким через подключенный к выходу диод D₂. Ограничение обратной связи начинается, когда V_GUARD превысит тепловой потенциал, позволив диоду D₁ проводить ток. Сопротивление резистора R₁ должно выбираться с учетом того, что для создания этого падения напряжения он должен забирать из D₂ значительный ток. Например, чтобы на резисторе 1 кОм упало напряжение 26 мВ, требуется ток диода 26 мкА; это значительно больше, чем десятки фемтоампер, необходимые простому ограничителю. Такие большие токи смягчают требования к выходному диоду. В качестве D₂ могут использоваться обычные диоды вместо специальных диодов, требуемых для D₁. Эта схема позволяет регулировать диапазон выходных напряжений путем замены D₂ цепочкой диодов или одним стабилитроном. Подобные схемы также могут быть изменены для двунаправленного ограничения путем замены каждого диода соответствующими встречно-параллельными диодами или встречно-включенными стабилитронами.

Рисунок 2.	Трансимпедансный усилитель с защищенным ограничителем на специальном диоде.

Защищенная схема обеспечивает значительное улучшение характеристик по сравнению с простым диодным ограничителем, но по-прежнему зависит от характеристик дорогого диода D₁. Эти ограничения по цене и характеристикам можно устранить, используя электрометрический усилитель, имеющий внутренний защитный буфер, подключенный к внешним выводам. Одним из таких усилителей является микросхема ADA4530-1. К выходу внутреннего защитного буфера микросхемы подключены диоды защиты от электростатических разрядов (ЭСР). Это защитное напряжение поддерживает низкий уровень входного тока смещения, исключая падения напряжения на защитных диодах. Внутренние ЭСР-диоды имеют очень низкие токи утечки.

Рисунок 3.	Трансимпедансный усилитель с ограничителем на диодах ЭСР-защиты.

Интегрированные в микросхему ЭСР-диоды могут использоваться в схеме защищенного ограничителя (в оригинале «guarded limiter», – ред.), как это показано на Рисунке 3. Функцию специального диода D₁ теперь выполняют они. Охранный буфер имеет на выходе сопротивление 1 кОм, работающий как резистор R₁. Единственный остающийся в схеме внешний компонент – диод D₂. Этот выходной диод включен между выводом защитного буфера и выходом. Схема начинает ограничивать, как только в узле V_GUARD создается тепловой потенциал.

Результаты измерений

Рисунок 4.	Оценочная плата ADA4530-1R-EBZ-TIA.

Для сравнения характеристик простого диодного ограничителя со специальным диодом с малыми утечками и защищенного ограничителя с ЭСР-диодами была собрана схема 100-гигаомного трансимпедансного усилителя. Список всех использованных в ней компонентов можно найти в Таблице 1. Основой конструкции этих схем послужила модифицированная оценочная плата электрометрического усилителя (Рисунок 4). Важно отметить, что выход защитного буфера усилителя не должен использоваться для подключения охранных колец, поскольку его напряжение изменяется. Охранные кольца должны быть подключены к потенциалу сигнальной земли, взятому с неинвертирующего входа усилителя.

Работа схем была проверена путем пропускания через них испытательного тока от источника-измерителя электрометрического класса (Keithley 6430) и измерения выходного напряжения высокоточным цифровым мультиметром (Keysight 3458a). Испытания проводились при температуре 25 °C и напряжении питания ±5 В. Испытательный ток изменялся от 10 фА до 100 пА, а выходное напряжение изменялось от 1 мВ до 5 В (Рисунок 5). Линейность оценивалась путем построения графика разности между идеальным и фактическим выходным напряжением (Рисунок 6). Базовые характеристики определялись без ограничителя обратной связи (черные кривые). Без ограничения ошибка составляла менее 1 мВ до тех пор, пока размах выходного напряжения усилителя не достигал шин питания.

Рисунок 5.	Передаточная характеристика трансимпедансного усилителя для исследуемых ограничителей.

Простая схема диодного ограничителя была реализована с использованием диода PAD1 с низкими утечками. Диод PAD1 является типичным выбором для такого рода приложений. При малых испытательных токах характеристики простого ограничителя (красные кривые) идентичны базовым характеристикам. Это означает, что сопротивление тока насыщения диода намного больше 100 ГОм (при 25 °C). Как и ожидалось, диапазон выходных напряжений довольно ограничен; погрешность выходного напряжения при испытательном токе 600 фА превышает 1 мВ. Такой уровень испытательного тока соответствует диапазону выходных напряжений 60 мВ.

Рисунок 6.	Ошибки передаточной характеристики трансимпедансного усилителя для исследуемых ограничителей.

Ограничитель на диодах ЭСР-защиты (Рисунок 3) был протестирован с дешевым выходным диодом 1N4148 (D₂). И снова характеристики этого ограничителя на защитных диодах (синие кривые) при низких испытательных токах соответствуют базовым характеристикам. Эти хорошие характеристики получены благодаря интегрированным в электрометрический усилитель диодам ЭСР-защиты с низкими токами утечки. 1N4148 просто обеспечивает путь тока обратной связи. Динамический диапазон также улучшился, и теперь для того, чтобы ошибка превысила 1 мВ, нужен испытательный ток 2.5 пА. Это соответствует диапазону выходных напряжений 250 мВ, что в четыре раза лучше, чем в предыдущем случае.

Гибкость этой схемы была продемонстрирована заменой выходного диода стабилитроном 1N5230. При низких испытательных токах эта схема работает идентично базовой схеме (зеленые кривые). Динамический диапазон схемы расширился по сравнению со стандартным диодом. Для того, чтобы ошибка превысила 1 мВ, потребовался испытательный ток 10 пА. Это соответствует выходному диапазону 1 В. Схема начинает ограничивать при токах стабилитрона намного меньших тока 1 мА, необходимого для получения номинального пробивного напряжения 4.7 В. Для достижения наибольшего динамического диапазона и снижения температурной чувствительности желательно, чтобы стабилитрон работал при номинальном напряжении пробоя. Доступны более слаботочные стабилитроны, такие, например, как 1N4624. Рабочий ток также можно увеличить, добавив внешний резистор между V_GUARD и сигнальной землей. Чтобы создать тепловой потенциал на диодах ЭСР-защиты для резистора 27 Ом потребуется ток стабилитрона 1 мА.

Подведем итог. Интерфейсы датчиков электрометрического класса часто требуют схем ограничения обратной связи. Этим схемам нужны специальные диоды, каждый из которых стоит несколько долларов. Но специальные диоды могут быть заменены внутренними диодами электростатической защиты электрометрического усилителя, имеющего выход защитного буфера, такого, например, как ADA4530-1. Такой подход позволяет создать высокоэффективный ограничитель, для которого требуется лишь один внешний компонент, стоящий копейки.

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник

ADA4530-1

Femtoampere Input Bias Current Electrometer Amplifier

Overview

Features and Benefits

It provides ultralow input bias currents that are production tested at 25°C and at 125°C to ensure the device meets its performance goals in user systems. The integrated guard buffer isolates the input pins from leakage in the printed circuit board (PCB), minimizes board component count, and enables easy system design. The ADA4530-1 is available in an industry-standard surface-mount 8-lead SOIC package with a unique pinout optimized to prevent signals from coupling between the sensitive input pins, the power supplies, and the output pin while enabling easy routing of the guard ring traces.

The ADA4530-1 also offers low offset voltage, low offset drift, and low voltage and current noise needed for the types of applications that require such low leakages.

To maximize the dynamic range of the system, the ADA4530-1 has a rail-to-rail output stage that can typically drive to within 30 mV of the supply rails under a 10 kΩ load.

The ADA4530-1 operates over the −40°C to +125°C industrial temperature range and is available in an 8-lead SOIC package.

Applications

Product Categories

Markets and Technologies

Comparable Parts Click to see all in Parametric Search

This product has been released to the market. The data sheet contains all final specifications and operating conditions. For new designs, ADI recommends utilization of these products.

ADXL345

Evaluation Kits (1)

EVAL-ADA4530-1

ADA4530-1 Evaluation Board

EVAL-ADA4530-1

The ADA4530-1R-EBZ is an evaluation board for the ADA4530-1 offered in an 8-lead SOIC package. The ADA4530-1R-EBZ is a 4-layer printed circuit board (PCB) designed to minimize leakage currents with its guard ring features for femtoampere input bias current (I_B) measurement.

The ADA4530-1R-EBZ is available in two default configurations: buffer (ADA4530-1R-EBZ-BUF) and transimpedance (ADA4530-1R-EBZ-TIA). Both boards are populated with the necessary passive components, banana jacks/terminal blocks for supply voltages, BNC/terminal blocks for the output voltage, multiple test pins, and metal shields. All components are placed on the primary side with the exception of the triaxial (triax)/coaxial (coax) input connector (J1) and SHIELD3.

The ADA4530-1R-EBZ also has unpopulated resistor and capacitor pads that allows quick prototyping with different configurations, such as noninverting gain and inverting gain.

Specifications for the ADA4530-1 are provided in the ADA4530-1 data sheet available from Analog Devices, Inc. The ADA4530-1 data sheet and the AN-1373 Application Note should be consulted in conjunction with this user guide when using the evaluation board.

Figure 1 shows the top view of the evaluation board, and Figure 2 shows the bottom view. For more views of the evaluation board images, see the ADA4530-1R-EBZ Evaluation Board Photographs section.

Features & Benefits

Resources

Documentation

Data Sheets (1)

Application Notes (1)

User Guides (1)

Tools & Simulations

LTspice

LTspice® is a powerful, fast and free simulation software, schematic capture and waveform viewer with enhancements and models for improving the simulation of analog circuits.

Models for the following parts are available in LTspice:

SPICE Models

Design Tools

Use Photodiode Wizard to design a transimpedance amplifier circuit to interface with a photodiode. Select a photodiode from the library included in the tool, or enter custom photodiode specifications. Quickly observe tradeoffs between Bandwidth, Peaking (Q), and ENOB/SNR. Modify circuit parameters, and immediately see results in plots for pulse response, frequency response, and noise gain.

Reference Designs (1)

CN0407

Ultrahigh Sensitivity Femtoampere Measurement Platform

CN0407

CN0407

Features & Benefits

Parts Used

Resources

Reference Materials

Circuit Note (1)

Videos (3)

Press Releases (1)

Technical Articles (1)

Webcasts (1)

Rarely Asked Questions (1)

Design Resources

ADI has always placed the highest emphasis on delivering products that meet the maximum levels of quality and reliability. We achieve this by incorporating quality and reliability checks in every scope of product and process design, and in the manufacturing process as well. «Zero defects» for shipped products is always our goal.

Support & Discussions

ADA4530-1 Discussions

Sample & Buy

The USA list pricing shown is for BUDGETARY USE ONLY, shown in United States dollars (FOB USA per unit for the stated volume), and is subject to change. International prices may differ due to local duties, taxes, fees and exchange rates. For volume-specific price or delivery quotes, please contact your local Analog Devices, Inc. sales office or authorized distributor. Pricing displayed for Evaluation Boards and Kits is based on 1-piece pricing.

The model number is a specific version of a generic that can be purchased or sampled.

Status indicates the current lifecycle of the product. This can be one of 4 stages:

The package for this IC (i.e. DIP, SOIC, BGA). An Evaluation Board is a board engineered to show the performance of the model, the part is included on the board.

For detailed drawings and chemical composition please consult our Package Site.

Pin Count is the number of pins, balls, or pads on the device. Pin-out diagrams & pin function descriptions may be found in the datasheet.

This is the acceptable operating range of the device. The various ranges specified are as follows:

Indicates the packing option of the model (Tube, Reel, Tray, etc.) and the standard quantity in that packing option.

The USA list pricing shown is for BUDGETARY USE ONLY, shown in United States dollars (FOB USA per unit for the stated volume), and is subject to change. International prices may differ due to local duties, taxes, fees and exchange rates. For volume-specific price or delivery quotes, please contact your local Analog Devices, Inc. sales office or authorized distributor. Pricing displayed for Evaluation Boards and Kits is based on 1-piece pricing.

This is the date Analog Devices, Inc. anticipates that the product will ship from the warehouse. Most orders ship within 48 hours of this date.Once an order has been placed, Analog Devices, Inc. will send an Order Acknowledgement email to confirm your delivery date. It is important to note the scheduled dock date on the order entry screen. We do take orders for items that are not in stock, so delivery may be scheduled at a future date. Also, please note the warehouse location for the product ordered. We have warehouses in the United States, Europe and Southeast Asia. Transit times from these sites may vary.
Sample availability may be better than production availability. Please enter samples into your cart to check sample availability.

Due to environmental concerns, ADI offers many of our products in lead-free versions. For more information about lead-free parts, please consult our Pb (Lead) free information page.

This is the list of Product Change Notifications (PCN) and Product Discontinuance Notifications (PDN) published on the web for this model. Click on the link to access PCN/PDN information. Online PCNs are available starting in 2009 and online PDNs are available starting in 2010. To obtain older PCNs or PDNs, contact your ADI Sales Rep. For more information on ADI’s PCN/PDN process, please visit our PCN/PDN Information page.

The Purchase button will be displayed if model is available for purchase online at Analog Devices or one of our authorized distributors. Select the purchase button to display inventory availability and online purchase options.The Sample button will be displayed if a model is available for web samples. If a model is not available for web samples, look for notes on the product page that indicate how to request samples or Contact ADI.

Some cookies are required for secure log-ins but others are optional for functional activities. Our data collection is used to improve our products and services. We recommend you accept our cookies to ensure you’re receiving the best performance and functionality our site can provide. For additional information you may view the cookie details. Read more about our privacy policy.

The cookies we use can be categorized as follows:

Источник