低噪声、低增益漂移、 G = 2000仪表放大器 AD8428 产品特性 功能框图 固定增益：2000 +VS –FIL 通过访问内部节点提供灵活性 –IN 低噪声：1.5 nV/√Hz输入电压噪声 6kΩ 6kΩ 120kΩ 高精度直流性能 3kΩ 增益漂移：5 ppm/°C 30.15Ω OUT 失调漂移：0.3 μV/°C 3kΩ 增益精度： 0.05% 6kΩ 6kΩ 120kΩ REF +IN 共模抑制比(CMRR)：140 dB(最小值) AD8428 出色的交流特性 –VS +FIL 09731-001 带宽：3.5 MHz 图1. 压摆率：40 V/μs 电源电压范围：±4 V至±18 V 表1. 仪表放大器分类1 通用 零漂移 军用级 低功耗 低噪声 8引脚SOIC封装 AD8220 AD8231 AD620 AD627 AD8428 ESD保护：5000 V (HBM) AD8221 AD8290 AD621 AD623 AD8429 额定温度范围：-40°C 至+85°C AD8222 AD8293 AD524 AD8235 工作温度最高可达125°C AD8224 AD8553 AD526 AD8236 AD8228 AD8556 AD624 AD8426 应用 AD8295 AD8557 AD8226 传感器接口 AD8227 医疗仪器 AD8420 病人监护 1欲了解最新的仪表放大器，请访问www.analog.com。 概述 AD8428是一款超低噪声仪表放大器，可用于精确测量微 馈拓扑结构，增益为200，后接一个增益为10的差动放大 小的高速信号，实现了业界领先的增益精度、噪声和带宽 器级。当增益为2000时，带宽为3.5 MHz，等效增益带宽积 性能。 为7 GHz。 AD8428的所有增益设置电阻均内置于器件并且精确匹配。 AD8428的引脚排列支持访问第一级与第二级之间的内部节 芯片引脚排列和布局都经过精心设计，因此增益漂移非常 点。该特性可用来修改两个放大级之间的频率响应，因而 低，并且器件上电后能够快速建立至最终增益值。 可防止干扰信号影响输出结果。 AD8428具有高共模抑制比(CMRR)，可防止干扰信号破坏 AD8428的额定温度范围为−40°C至+85°C工业温度范围， 目标信号。该器件的引脚排列在设计上消除了寄生电容不 采用8引脚塑封SOIC封装。 匹配现象，使高频时CMRR性能不会下降。 AD8428是目前最快的仪表放大器之一。电路架构针对高带 宽和高增益而设计。其初始前置放大器增益级采用电流反 Rev. A Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Tel: 781.329.4700 www.analog.com Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. Fax: 781.461.3113 ©2011–2012 Analog Devices, Inc. All rights reserved. ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提 供的最新英文版数据手册。

AD8428 目录 产品特性.........................................................................................1 滤波器引脚.............................................................................13 应用..................................................................................................1 基准引脚..................................................................................13 功能框图.........................................................................................1 输入电压范围.........................................................................14 概述..................................................................................................1 布局..........................................................................................14 修订历史.........................................................................................2 输入偏置电流返回路径.......................................................15 技术规格.........................................................................................3 输入保护..................................................................................15 绝对最大额定值............................................................................5 射频干扰(RFI..........................................................................16 热阻............................................................................................5 输入级噪声计算.....................................................................16 ESD警告.....................................................................................5 应用信息.......................................................................................18 引脚配置和功能描述...................................................................6 无源网络对滤波器引脚的影响..........................................18 典型性能参数................................................................................7 使用滤波器引脚的电路.......................................................18 工作原理.......................................................................................13 外形尺寸.......................................................................................20 架构..........................................................................................13 订购指南..................................................................................20 修订历史 2012年12月—修订版0至修订版A 更改“产品特性”部分和表1.........................................................1 表2增加一列“B级”........................................................................3 更改图3、图4、图5、图6、图7和图8.....................................7 更改“滤波器引脚”部分..............................................................13 增加“应用信息”部分..................................................................18 更改“订购指南” ......................................................................... 20 2011年10月—修订版0：初始版 Rev. A | Page 2 of 20

AD8428 技术规格 除非另有说明，V = ，V = 0 V，T = 25，G = 2000，R = 10 kΩ。 S REF A L 表2. A级 B级 参数 测试条件/注释 最小值 典型值 最大值 最小值 典型值 最大值 单位 共模抑制比(CMRR) RTI, V = ±10 V CM DC至60 Hz 130 140 dB 50 kHz时 110 120 dB 噪声(RTI) V +, V − = 0 V IN IN 电压噪声 f = 1 kHz 1.3 1.5 1.3 1.5 nV/√Hz f = 0.1 Hz至10 Hz 40 50 40 50 nV p-p 电流噪声 f = 1 kHz 1.5 1.5 pA/√Hz f = 0.1 Hz至10 Hz 150 150 pA p-p 失调电压 输入失调，V 100 25 µV OSI 平均温度系数(TC) T = -40°C至+85°C 1 0.3 µV/°C A 折合到输入端的失调与电源的 120 130 dB 关系(PSRR) 输入电流 输入偏置电流 200 50 nA 全温度范围 T = -40°C至+85°C 250 250 pA/°C A 输入失调电流 50 10 nA 全温度范围 T = -40°C至+85°C 20 20 pA/°C A 动态响应 -3 dB小信号带宽 3.5 3.5 MHz 0.01%建立时间 10 V阶跃 0.75 0.75 µs 0.001%建立时间 10 V阶跃 1.4 1.4 µs 压摆率 40 50 40 50 V/µs 增益 第一级增益 200 200 V/V 减法器级增益 10 10 V/V 总增益误差 V = -10 V至+10 V 0.2 0.05 % OUT 总增益非线性度 V = -10 V至+10 V 5 5 ppm OUT 增益漂移 10 5 ppm/°C 输入 阻抗(引脚至地)1 1||2 1||2 GΩ||pF 输入工作电压范围 V = ±4 V至±18 V −V + 2.5 +V − 2.5 −V + 2.5 +V − 2.5 V S S S S S 全温度范围 −V + 2.5 +V − 2.5 −V + 2.5 +V − 2.5 V S S S S 输出 输出电压摆幅 R = 2 kΩ −V + 1.7 +V − 1.2 −V + 1.7 +V − 1.2 V L S S S S 全温度范围 T = −40°C −V + 2.0 +V − 1.3 −V + 2.0 +V − 1.3 V A S S S S T = +85°C −V + 1.6 +V − 1.1 −V + 1.6 +V − 1.1 V A S S S S 输出电压摆幅 R = 10 kΩ −V + 1.7 +V − 1.0 −V + 1.7 +V − 1.0 V L S S S S 全温度范围 T = −40°C −V + 1.8 +V − 1.2 −V + 1.8 +V − 1.2 V A S S S S T = +85°C −V + 1.4 +V − 0.9 −V + 1.4 +V − 0.9 V A S S S S 短路电流 30 30 mA 基准输入 输入阻抗R 132 132 kΩ IN 输入电流I V +, V − = 0 V 6.5 6.5 µA IN IN IN 电压范围 −V +V −V +V V S S S S 输出基准增益 1 1 V/V 基准增益误差 0.01 0.01 % Rev. A | Page 3 of 20

AD8428 A级 B级 参数 测试条件/注释 最小值 典型值 最大值 最小值 典型值 最大值 单位 滤波器引脚 输入阻抗R 2 6 6 kΩ IN 电压范围 −V +V −V +V V S S S S 电源 工作范围 ±4 ±18 ±4 ±18 V 静态电流 6.5 6.8 6.5 6.8 mA 全温度范围 T = −40°C至+85°C 8 8 mA A 1差分和共模输入阻抗可通过引脚阻抗求得：Z = 2(Z )；Z = Z /2。 DIFF PIN CM PIN 2实际阻抗的计算见图1。 Rev. A | Page 4 of 20

AD8428 绝对最大额定值 热阻 表3. 参数 额定值 θ 针对最差条件，即焊接在电路板上的器件为表贴封装。 JA 电源电压 ±18 V 输出短路电流持续时间 未定 表4. 热阻 在−IN或+IN的最大电压1 ±VS 封装 θ 单位 在−FIL或+FIL的最大电压 ±V JA S 8引脚 SOIC_N 121 °C/W 差分输入电压1 ±1 V 在REF的最大电压 ±VS 存储温度范围 −65°C至+150°C ESD警告 额定温度范围 −40°C至+85°C ESD(静电放电)敏感器件。 最高结温 140°C 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放 ESD 电。尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇 人体模型 5000 V 到高能量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采 充电器件模型 1250 V 取适当的ESD防范措施，以避免器件性能下降或功 充电器件模型 400 V 能丧失。 1电压超出此限值范围时，请使用输入保护电阻。详情见“输入保护”部分。 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损 坏。这只是额定最值，不表示在这些条件下或者在任何其 它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，器件能 够正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器 件的可靠性。 Rev. A | Page 5 of 20

AD8428 引脚配置和功能描述 AD8428 –IN 1 8 +VS –FIL 2 7 OUT +FIL 3 6 REF +IN 4 5 –VS (NToOt Pto V SIEcWale) 09731-002 图2. 引脚配置 表5. 引脚功能描述 引脚编号 引脚名称 说明 1 −IN 负输入引脚。 2 −FIL 负滤波器引脚。 3 +FIL 正滤波器引脚。 4 +IN 正输入引脚。 5 −V 负电源引脚。 S 6 REF 基准电压引脚。使用低阻抗电压源驱动该引脚，实现输出电平转换。 7 OUT 输出引脚。 8 +V 正电源引脚。 S Rev. A | Page 6 of 20

AD8428 典型性能参数 除非另有说明，V = ，V = 0 V，T = 25，G = 2000，R = 10 kΩ。 S REF A L 1600 1600 N = 5170 POSITIVE INPUT IBIAS 1400 MEAN = 2.12 1400 NEGATIVE INPUT IBIAS SD = 7.332 1200 1200 N = 5171 1000 1000 MEAN = –10.8 SD = 6.67496 S S T 800 T 800 HI HI N = 5171 MEAN = –10.2 600 600 SD = 6.52901 400 400 200 200 –060 –40 –20 VOS0I (µV) 20 40 60 09731-003 0–60 –40 –20 IBIAS0 (nA) 20 40 60 09731-006 图3. 输入失调电压的典型分布图(V = ±5V) 图6. 输入偏置电流的典型分布图 S 1600 1600 N = 5169 N = 5171 1400 MEAN = –2.57 1400 MEAN = –0.53 SD = 7.31066 SD = 1.41655 1200 1200 1000 1000 S S T 800 T 800 HI HI 600 600 400 400 200 200 –060 –40 –20 VOSI 0(µV) 20 40 60 09731-004 0–8 –6 –4 –2 IOS 0(nA) 2 4 6 8 09731-007 图4. 输入失调电压的典型分布图(V= ±15V) 图7. 输入失调电流的典型分布图 S 1600 1600 N = 5166 N = 3487 1400 MEAN = 0.398 1400 MEAN = –53.9 SD = 0.42707 SD = 86.7774 1200 1200 1000 1000 S S T 800 T 800 HI HI 600 600 400 400 200 200 0–3 –2 –1VOSI DRIF0T (µV/°C)1 2 3 09731-005 –0600 –400 –20G0AIN ERR0OR (µV/V2)00 400 60009731-008 图5. 输入失调电压漂移的典型分布图 图8. 增益误差的典型分布图(增益 = 2000，V = ±15V，R = 10 kΩ) S L Rev. A | Page 7 of 20

AD8428 15 72 66 GE (V) 10 VS = ±1V5SV = ±12V 5640 TA 48 OL 5 42 V MODE 0 VS = ±5V N (dB) 3306 ON- GAI 24 MM –5 18 CO 12 UT 6 NP –10 0 I –6 –15–15 –10 –O5UTPUT VO0LTAGE (V5) 10 15 09731-009 –12100 1k 10kFREQU1E0N0kCY (Hz)1M 10M 100M 09731-014 图9. 输入共模电压与输出电压的关系(V = ±5V， 图12. 增益与频率的关系 S V = ±12V，V = ±15V) S S 18 170 VCM = –11.8V GAIN = 2000 16 160 14 150 A) n T ( 12 140 N RRE 10 dB) 130 BIAS CU 8 CMRR ( 120 T 6 110 U P N I 4 100 2 VCM = +12V 90 0–14–12 –10 –8 C–O6MM–4ON-–M2OD0E VO2LTA4GE (6V8) 10 12 14 09731-010 801 10 100FREQUE1kNCY (Hz)10k 100k 1M 09731-015 图10. 输入偏置电流与共模电压的关系(V= ±15V) 图13. CMRR与频率的关系 S 140 120 GAIN = 2000 110 120 100 100 +PSRR 90 –PSRR 80 B) 80 B) 70 R (d R (d 60 R R PS 60 CM 50 40 40 30 20 20 10 00.1 1 10 FR1E0Q0UENCY1 k(Hz) 10k 100k 1M 09731-011 01 10 100FREQUE1kNCY (Hz)10k 100k 1M 09731-016 图11. PSRR与频率的关系 图14. CMRR与频率的关系(1 kΩ非均衡信号源) Rev. A | Page 8 of 20

AD8428 5 70 REPRESENTATIVE DATA NORMALIZED AT 25°C V) 60 GE (µ 4 50 A LT 3 40 O V SET 2 V/V) 30 OFF R (n 20 PUT 1 CMR 10 N N I 0 0 E I G –10 N A –1 CH –20 –20 10 20 30 W4A0RM-5U0P T6IM0E (S70econ8d0s) 90 100 110 120 09731-017 –30–40 –25 –10 5 T2E0MPE35RATU50RE (°6C5) 80 95 110 125 09731-020 图15. 输入失调电压(V )变化与预备时间的关系 图18. CMRR与温度的关系(归一化至25°C) OSI 15 1.2 9.0 IOS 10 IBIAS+ 0.8 8.5 5 0.4 A) CURRENT (nA) –50 IBIAS– 0–0.4 T CURRENT (n URRENT (mA) 877...050 INPUT BIAS –––211050 –––011...826 NPUT OFFSE SUPPLY C 66..05 I –25 –2.0 5.5 NORMALIZED AT 25°C –30–40 –25 –10 5 T2E0MPE35RATU50RE (°6C5) 80 95 110 125–2.4 09731-018 5.0–40 –25 –10 5 T2E0MPE35RATU50RE (°6C5) 80 95 110 125 09731-021 图16. 输入偏置电流和输入失调电流与温度的关系(归一化至25°C) 图19. 电源电流与温度的关系 250 50 ISHORT+ 200 40 150 mA) 30 V) 100 NT ( 20 R (µV/ 50 URRE 10 RO T C 0 N ER 0 RCUI –10 GAI –50 T-CI –20 R O –100 SH –30 ISHORT– –150 –40 REPRESENTATIVE DATA NORMALIZED AT 25°C –200–40 –25 –10 5 T2E0MPE35RATU50RE (°6C5) 80 95 110 125 09731-019 –50–40 –25 –10 5 T2E0MPE35RATU50RE (°6C5) 80 95 110 125 09731-022 图17. 增益误差与温度的关系(归一化至25°C) 图20. 短路电流与温度的关系 Rev. A | Page 9 of 20

AD8428 100 +VS –40°C +25°C +85°C +125°C 90 –0.4 S µs) 7800 –SR WING (V)VOLTAGE ––01..82 LEW RATE (V/ 456000 +SR T VOLTAGE SD TO SUPPLY ++12..60 S 30 PURE +1.2 TR UE 20 OEF +0.8 R 10 +0.4 0–40 –25 –10 5 T2E0MPE3R5ATU50RE (°6C5) 80 95 110 125 09731-023 –VS4 5 6 7 8S9UPP1L0Y V1O1LTA12GE 1(±3VS)14 15 16 17 09731-026 图21. 压摆率与温度的关系(V = ±15V) 图24. 输出电压摆幅与电源电压的关系(R = 10 kΩ) S L 100 +VS –40°C +25°C +85°C +125°C 90 –0.4 S LEW RATE (V/µs) 4567800000 –S+RSR T VOLTAGE SWING (V)D TO SUPPLY VOLTAGE ++––0112....8260 S 30 PURE +1.2 TR UE 20 OEF +0.8 R 10 +0.4 0–40 –25 –10 5 T2E0MPE3R5ATU50RE (°6C5) 80 95 110 125 09731-024 –VS4 5 6 7 8SUPP9LY 1V0OLT1A1GE1 2(±VS1)3 14 15 16 17 09731-027 图22. 压摆率与温度的关系(V = ±5V) 图25. 输出电压摆幅与电源电压的关系(R = 2 kΩ) S L +VS 15 –40°C –0.5 +25°C –40°C TAGES ––11..05 ++8152°5C°C G (V) 10 +++2815525°°CC°C NPUT VOLTAGE (V)ED TO SUPPLY VOL ++––2222....0505 UT VOLTAGE SWIN –505 IR P ER +1.5 UT F O RE +1.0 –10 +0.5 –VS4 6 8SUPPL1Y0 VOLTA1G2E (±VS)14 16 18 09731-025 –15100 1LkOAD RESISTANCE 1(Ω0k) 100k 09731-028 图23. 输入电压限制与电源电压的关系 图26. 输出电压摆幅与负载阻抗的关系(V = ±15V) S Rev. A | Page 10 of 20

AD8428 +VS –40°C +25°C +85°C +125°C –0.5 S E G (V)TAG –1.0 SWINY VOL –1.5 OLTAGE O SUPPL T VD T +1.5 UE PR UTER +1.0 OF E R +–0V.S50.01 O0.U1TPUT CURRENT (m1A) 10 09731-029 20nV/DIV 1s/DIV 09731-032 图27. 输出电压摆幅与输出电流的关系(V = ±15V) 图30. RTI电压噪声(0.1 Hz至10 Hz) S 20 16 GAIN = 2000 15 15 14 13 RITY (ppm) 105 E (pA/Hz)√ 111012 A S 9 N NONLINE –50 RRENT NOI 678 GAI –10 CU 5 4 –15 3 2 –20–10 –8 –6 –4OUT–P2UT VO0LTAG2E (V)4 6 8 10 09731-030 11 10 F1R0E0QUENCY (1Hkz) 10k 100k 09731-033 图28. 增益非线性度(R = 10 kΩ) 图31. 电流噪声频谱密度与频率的关系 L 100 GAIN = 2000 Hz)√ V/ 10 n E ( S OI N E G A T 1 L O V 0.10.1 1 10FREQU1E0N0CY (Hz)1k 10k 100k 09731-031 50pA/DIV 1s/DIV 09731-034 图29. RTI电压噪声频谱密度与频率的关系 图32. 电流噪声(0.1 Hz至10 Hz) Rev. A | Page 11 of 20

AD8428 5V/DIV 752ns TO 0.01% 1408ns TO 0.001% 0.002%/DIV NO LOAD CL = 500pF CL = 770pF 1µs/DIV 09731-035 50mV/DIV 1µs/DIV 09731-037 TIME (µs) 图33. 大信号脉冲响应与建立时间的关系(10 V阶跃，V= ±15V) 图35. 各种容性负载条件下的小信号脉冲响应(无阻性负载) S 1800 GAIN = 2000 1600 1400 E (ns) 1200 SETTLED TO 0.001% M 1000 TI G N 800 LI T T E 600 S SETTLED TO 0.01% 400 20mV/DIV 1µs/DIV 09731-036 20002 4 68 10 STE1P2 SIZE1 (4V) 16 18 20 09731-038 图34. 小信号脉冲响应(R = 10 kΩ，C = 100 pF) 图36. 建立时间与阶跃大小的关系 L L Rev. A | Page 12 of 20

AD8428 工作原理 I VB I –FIL IB IB 2 COMPENSATION COMPENSATION A1 A2 120kΩ +VS –VS R7 C1 C2 R3 R4 +VS NODE 1 6kΩ 6kΩ 7 NODE 2 A3 OUT +VS 3kRΩ1 R3k2Ω +VS 6Rk5Ω 6Rk6Ω 120kΩ+VS –VS –IN1 Q1 Q2 4+IN +VS –VS R8 6REF –VS –RG 30R.1G5Ω +RG –VS +FIL3 –VS 09731-042 图37. 原理示意图 架构 基准引脚 AD8428以传统的三运放拓扑结构为基础。这种拓扑结构由 AD8428的输出电压是相对于基准引脚上的电位而言的，这 两级组成：一个提供200倍差分放大的增益级(前置放大 在输出信号必须偏移到精确的中间电平时会很有用。例 器)；其后是一个消除共模电压并提供额外10倍放大的差动 如，可以将一个电压源与REF引脚相连，对输出进行电平 放大器(减法器)级。图37显示了AD8428的简化原理图。 转换，使AD8428可以驱动单电源ADC。REF引脚由ESD二 极管保护，该引脚上的电压不应超出+V或–V。 第一级以如下方式工作：要保持两个输入端相匹配，放大器 S S A1必须使Q1集电极保持在恒压状态,这通过迫使−RG = –IN - 为获得最好的性能，REF引脚上信号的源阻抗应保持在1 Ω以 二极管压降来实现。类似地，A2迫使+RG得到恒定的+IN - 二 下。如图37所示，基准引脚REF在120 kΩ电阻的一端。REF引 极管压降。因此，差分输入电压被复制到增益设置电阻RG 脚额外的阻抗(RREF)会导致连接到正输入端的信号被放 上。流过这个电阻的电流也必然流过电阻R1和R2，这就在 大，信号放大值可由下式求出： A2和A1输出端之间产生了经增益调节的差分信号。 2 × (120 kΩ + R )/(240 kΩ + R ) REF REF 第二级为差动放大器(G = 10)，由放大器A3和电阻R3至R8组 只有正信号路径会被放大；负路径不受影响。这种不均衡 成。共模信号经第二级从放大的差分信号中移除。 的放大作用会降低放大器的共模抑制比(CMRR)。 AD8428的传递函数为： INCORRECT CORRECT V = 2000 × (V − V ) + V OUT IN+ IN− REF 滤波器引脚 AD8428 AD8428 −FIL和+FIL引脚分别接入R3和R4之间，以及R5和R6之 REF REF V 间。可以在这两个引脚之间添加一个滤波器，也可以连接 V 一个电阻来修改信号到达第二个放大器级之前的增益(参见 + “应用信息”部分)。 OP1177 – 09731-043 图38. 驱动基准引脚 Rev. A | Page 13 of 20

AD8428 输入电压范围 电源与接地 AD8428的三运放架构在消除差动放大器级的共模电压之 使用稳定的直流电压来给仪表放大器供电。电源引脚上的 前，在第一级调节增益。第一级与第二级间的内部节点(图 噪声会对器件性能产生不利影响。更多信息参见图11中的 37中的节点1和2)是由放大后的差分信号、共模信号以及二 PSRR性能曲线。 极管压降组成的混合信号。这一混合信号会受电源电压限 尽可能靠近各电源引脚放置一个0.1 μF电容。因为高频时旁 制，即使在单独输入和输出信号没有被限制的时候也是如 路电容引线的长度至关重要，所以建议使用表面贴装电 此。图9显示了在多种输出电压和电源电压条件下所允许 容。旁路接地走线中的寄生电感会对旁路电容的低阻抗产 生不利影响。 的共模输入电压范围。 如图40所示，离该器件较远的位置可以用一个10 μF电容。对 布局布线 于在较低频率下发挥作用的较大电容，电流返回路径长度 为确保AD8428在PCB板级达到最佳性能，必须精心设计电 不是非常重要。大多数情况下，其它精密集成电路可以共 路板布局。AD8428的引脚经过特殊排列，可简化电路板布 享该10 μF电容。 局，并最大程度降低输入端之间的寄生不平衡。 +VS AD8428 –IN 1 8 +VS 0.1µF 10µF –FIL 2 7 OUT +FIL 3 6 REF +IN +IN 4 5 –VS (NToOt Pto V SIEcWale) 09731-044 AD8428 LOAODUT 图39. 引脚排列图 –IN REF 整个频率范围内的共模抑制比 若布局不当，会导致部分共模信号转换为差分信号，而后 0.1µF 10µF 传率响送应至不仪同表时放。大器。这种转换也会发生在各输入路径的频 –VS 09731-045 图40. 电源去耦、REF及输出以局部地为参考 要使共模抑制比在整个频率范围内都保持较高水平，每个 接地层有助于减少不需要的寄生电感，使电流发生改变时 路径的输入源阻抗和电容需要严格匹配。输入路径的附加 的压降降至最小。电流路径范围与寄生电感的量级成正 源电阻(例如，用于输入保护)需要靠近仪表放大器的输入 比，因此与高频时的路径阻抗也成正比。感应去耦路径或 端放置，使得输入端与PCB走线的寄生电容之间的相互作 接地回路中的大电流变化会耦合至放大器输入端，从而产 用降到最低。 生不利影响。 滤波器引脚的寄生电容也会影响整个频率范围内的共模抑 负载电流由电源流入，所以负载应与旁路电容接地连接在 制比(CMRR)。如果电路板设计中在滤波器引脚处有一个 同一物理位置。 元件，那么该元件的寄生电容应该尽可能的小。 基准引脚 AD8428的输出电压是相对于基准引脚上的电位而言的。应 确保REF与适当的局部地连接。 Rev. A | Page 14 of 20

AD8428 输入偏置电流返回路径 输入电压超出供电轨 如果电压会超出供电轨，则应与每个输入端串联一个外部 AD8428的输入偏置电流必须有一个对地的返回路径。当热 电阻来限制过载条件下的电流。输入端的限流电阻值可通 电偶等信号源无法提供电流返回路径时，应创建一条返回 过下式计算： 路径，如图41所示。 INCORRECT CORRECT −V V +VS +VS RPROTECT ≥ INI SUPPLY MAX 噪声敏感应用中可能需要较小的保护电阻。低漏电钳位二 极管(如BAV199)可用在输入端，将AD8428输入端的电流分 AD8428 AD8428 流，从而允许采用较小保护电阻值。为了确保电流主要流 REF REF 过外部保护二极管，应在该二极管和AD8428间放入一个小 电阻，如33 Ω电阻。 –VS –VS TRANSFORMER TRANSFORMER RPROTECT +VS RPROTECT 33Ω +VS + + I +VS +VS +VS VI–N+ I AD8428 VI–N+ –VS AD8428 +VS RPROTECT RPROTECT 33Ω + + AD8428 AD8428 VI–N– –VS VI–N– –VS –VS REF REF SIMPLE METHOD LOW NOISE METHOD 09731-047 10MΩ 图42. 电压超出供电轨保护 –VS –VS 高增益下大差分输入电压 THERMOCOUPLE THERMOCOUPLE 如果高增益条件下会出现大差分电压，则应与每个输入端 +VS +VS 串联一个外部电阻来限制过载条件下的电流。输入端的限 C C 流电阻值可通过下式计算： AD8428 fHIGH-PASS =2π1RC R AD8428 C C REF REF R 噪声敏感应用中可能需要较小的保护电阻。低漏电钳位二 CAPACITIVE–LVYS COUPLED CAPACITIVELY COUP–LVESD 09731-046 极管(如BAV199)可用在输入端，将AD8428输入端的电流分 图41. 创建输入偏置电流返回路径 流，从而允许采用较小保护电阻值。 输入保护 AD8428的输入不得超过“绝对最大额定值部分”规定的额定 RPROTECT 值。如果无法满足这些额定值要求，则应在AD8428之前增 + I VDIFF AD8428 加I 保护电路，以限制输入的最大电流(见“IMAX”部分)。 –RPROTECT 09731-048 MAX 图43. 大差分电压保护 AD8428输入端的最大电流IMAX取决于时间和温度。室温 下，器件能承受10 mA的电流至少一天。这个时间在器件使 用寿命内累计。 Rev. A | Page 15 of 20

AD8428 射频干扰(RFI) 为获得最佳结果，应将RFI滤波器网络尽量靠近放大器放 AD8428具有高增益和低噪声特性，是一款高灵敏度放大 置。良好的布局布线很关键，可确保滤波器之后的走线上 器。因此，在有强RF信号源的应用中使用AD8428时，RF 不拾取射频信号。 若射频干扰太强以至于无法过滤，则建 整流可能是个问题。若需使用较长的引线或PCB走线来连 议使用屏蔽。 接放大器与信号源，则可能加剧这一问题。这种干扰可能 注意，RFI滤波器与输入保护可以采用相同的电阻(参见“输 会表现为直流失调电压或一系列脉冲。 入保护”部分)。 高频信号可以通过仪表放大器输入端的低通滤波器网络滤 输入级噪声计算 除，如图44所示。 放大器前端的总噪声不仅仅取决于数据手册中的技术规 格。三个主要噪声源为： • 源阻抗 • 仪表放大器的电压噪声 • 仪表放大器的电流噪声 在以下计算中，噪声是指折合到输入端(RTI)的噪声；也就 是说，计算时将全部噪声源都视为出现在放大器输入端。 要计算折合到放大器输出端(RTO)的噪声，只需将RTI噪声 乘以仪表放大器的增益即可。 源阻抗噪声 连接至AD8428的任何传感器都会有一定的输出电阻。输入 图44. 射频干扰(RFI)抑制 端可能有串联电阻，以提供过压或射频干扰保护。图45 该滤波器会限制差分和共模带宽，如下式所示： 中，组合电阻标记为R1和R2。不论优质与否，任何电阻都 会存在固有噪声。该噪声与电阻值的平方根成比例。室温 下，该值约等于4 nV/√Hz (电阻值单位为kΩ)。 滤波器频率 SENSOR 滤波器频率 R1 AD8428 其中，C ≥ 10 C。 D c C使D射影频响干差扰分最信小号，。C正C输影响入共端R模×信C号与。负适输当入选端择R×RC和C之C间值，的 R2 09731-050 C C 图45. 传感器源阻抗和保护电阻 不匹配会降低AD8428的共模抑制比(CMRR)性能。使CD的 例如，假设正输入端的传感器和保护组合电阻为4 kΩ，负输 值比C 大一个数量级，可以降低不匹配的影响，从而改善 C 入端为1 kΩ，则输入电阻的总噪声为： 性能。 电阻会增加噪声；因此，选择电阻和电容值时，需要权衡 考量噪声、高频时的输入阻抗和RFI抗扰度。为获得低噪 声和足够的RFI滤波性能，建议使用感性铁氧体磁珠(见图 44)。使用感性铁氧体磁珠可降低电阻值，有助于最大程度 减少输入端噪声。 Rev. A | Page 16 of 20

AD8428 仪表放大器的电压噪声 总噪声密度计算 与其他通过外部电阻设置增益的仪表放大器不同，AD8428的 仪表放大器折合到输入端的总噪声由源阻抗噪声、电压噪 电压噪声规格已包括输入噪声、输出噪声和电阻RG噪声。 声和电流噪声的平方和再取平方根得出。 仪表放大器的电流噪声 例如，如果图45中的R1源阻抗为4 kΩ且R2源阻抗为1 kΩ，那 电流噪声对输入级的贡献(以nV/√Hz为单位)可通过将源电 么折合到输入的总噪声可通过下式计算： 阻(以kΩ为单位)与仪表放大器的额定电流噪声(以pA/√Hz 为单位)相乘而计算得到。 例如，如果图45中的R1源阻抗为4 kΩ且R2源电阻为1 kΩ， 那么总电流噪声可通过下式计算： Rev. A | Page 17 of 20

AD8428 应用信息 仪表放大器的经典三运放拓扑结构通常将所有增益置于第 由于此电阻位于减法器级的反馈内部，它也会修改减法器 一级，并仅在第二级中抑制共模信号。在高增益条件下工 的增益。总增益公式是传递函数公式(公式1)的简化版本。 作时，任何放大器都对较大的干扰信号敏感，这类大干扰 2000×R G = G (2) 信号能让放大器饱和，从而无法恢复感兴趣的信号。 R +6000 G AD8428将2000总增益分为两级实现：前置放大级为200， RG单位为Ω。达到目标增益所需的电阻值可通过下式计算： 6000×G 减法器级为10。降低第一级增益有助于避免前置放大器发 R = G 2000−G 生饱和，进而增加共模范围和差分信号范围。 不使用增益电阻时，AD8428默认为G = 2000。为放大器设 15 置不同增益时，绝对增益精度仅为10%。此外，外部增益 E (V) 10 电阻的温度失配会增加仪表放大器的增益漂移。不使用增 AG 益电阻时，增益误差和增益漂移保证最小。对于要求在不 T VOL 5 同增益条件下具有高精度的低噪声和宽带宽应用，应当考 E OD SINGLESTAGE GAIN,G= 2000 虑使用AD8429。 M 0 N- AD8428 O M 低通滤波器 OM –5 T C 为帮助限制差分干扰信号，可在AD8428的滤波器引脚上增 U NP –10 加一个电容来实施一个低通滤波器，如图47所示。 I –15–15 –10 –O5UTPUT V0OLTAGE (V5) 10 15 09731-246 +IN ++FIL 图46. AD8428与单增益级拓扑结构，G = 2000 CF AD8428 OUT 此外，级间滤波有助于在信号到达第二个放大级之前对信 –IN ––FIL 09731-146 号进行衰减。该滤波有助于防止第二级放大器饱和，前提 图47. 差分低通滤波器 是信号频率与感兴趣信号频率不同。 此单极点滤波器可以限制信号带宽，如下式所示： 无源网络对滤波器引脚的影响 AD8428滤波器引脚允许接入两个放大级之间。在这两个引 6 kΩ系数来自内部电阻值。这些电阻的容差为10%；因此， 脚之间加入一个无源网络可让传递函数适用于放大器的频 率范围。传递函数的通用表达式如公式1所示： 使用容差性能优于5%的电容并不会大幅改善截止频率的绝 对容差。 2000 ×Z(s) G(s) = (1) Z(s)+6000 限制放大器的带宽还有助于最大程度地减少输出端的带外 噪声。 其中，Z(s)是滤波器引脚上网络的阻抗。 注意，通过在每个滤波器引脚与地之间添加电容以滤除共 使用滤波器引脚的电路 模信号的做法会降低放大器的性能。由于这种方法会降低 为放大器设置不同增益 CMRR性能，因此一般不建议使用。此外，滤除共模信号 传递函数公式(公式1)的最简单形式表示，AD8428可配置 对于防止内部节点的饱和几乎没有作用。相反，施加在前 为低于2000的增益。这可通过在滤波器引脚上连接一个电 阻来实现。与传统仪表放大器的增益配置不同，此电阻可 置放大器的负载会使放大器在更小的共模信号下也会发生 衰减之前由200初始增益放大的信号。 饱和。 Rev. A | Page 18 of 20

AD8428 陷波滤波器 而较小的Q值会增加相同衰减的范围，放宽电感和电容之 在干扰信号频率已知的情况下，可采用陷波滤波器来将已 间的容差要求，以及干扰信号频率不确定性的要求。不 知信号对测量的影响降至最低。在滤波器引脚之间增加一 过，较小的Q值会对陷波频率十倍以前的信号带宽产生极 个串联LC网络即可实现该滤波器，如图48所示。 大的影响。 LF + 72 +FIL AD8428 OUT 66 Q = 1 图C4F8. 陷––波FIL滤波器示例 09731-147 dB)60 Q = 0.1 –3dB E ( 电感和电容形成谐振电路，抑制陷波附近的频率。中心频 D U54 T 率可通过下式计算： GNI A M48 1 fN = 2π I C –20dB F F 42 该滤波器的系数Q通过下式计算： Q= 60100 CLF 306.01fN 0.1fN FREQUEfNNCY (Hz) 10fN 100fN 09731-249 F 图49. 陷波滤波器衰减(中心频率附近，Q = 0.1且Q = 1) 中心频率f 的精度仅取决于电容和电感的容差，而非内部 N 电阻值。不过，电路的Q值同时取决于外部元件的容差和 若采用陷波滤波器，则在其中心频率f 处可获得最大衰 N 内部电阻的绝对容差(通常为10%)。 减。此最大衰减(或陷波深度)取决于中心频率时电感和电 容的等效串联电阻。选择高品质因数的元件可改善滤波器 系数Q是一项滤波器参数，用于指示陷波滤波器的陷波宽 中心频率的抑制性能。有关计算目标频率下获得所需衰减 度。其定义为： 时最大允许串联电阻的信息，请参见“为放大器设置不同 f Q = −Nff 增益”部分。 B A 其中，f 和f 是陷波两端各有−3 dB衰减的频率。 提取输入信号中的共模电压 A B 输入端的共模信号可通过在滤波器引脚和中心抽头之间插 根据该公式，Q越大，陷波越窄——也就是说，较大的Q值 增加陷波的选择性。换言之，虽然较大的Q值可减少陷波 入两个电阻来提取，如图50所示。共模电压VCM是两个输 对相邻频率上幅度和相位的影响，但抑制无用频率的能力 入端的电压平均值减去0.6 V压降。 也同样有所下降，因为它与实际中心频率不匹配。这种不 +IN + +FIL 匹配的原因可能是影响信号源的频率变化以及滤波器电感 VCM R AD8428 OUT R 和电容值的容差。 –IN ––FIL 09731-148 相比之下，较小的Q值更能保证对干扰频率进行衰减，但 图50. 提取共模电压 这些较小值同样会影响目标信号——如果它们过于靠近陷 电阻值应该足够大，以最大程度地降低对增益精度的影 波的中心频率。 响。例如，2 MΩ电阻值产生低于0.2%的额外增益误差。有 例如，如果目标是将干扰信号衰减20 dB，则较大的Q值可减 关这些电阻对放大器增益产生的影响，请参见“无源网络 少陷波有效的频率范围，如图49所示。 对滤波器引脚的影响”部分。 Rev. A | Page 19 of 20

AD8428 外形尺寸 5.00(0.1968) 4.80(0.1890) 8 5 4.00(0.1574) 6.20(0.2441) 3.80(0.1497) 1 4 5.80(0.2284) 1.27(0.0500) 0.50(0.0196) BSC 1.75(0.0688) 0.25(0.0099) 45° 0.25(0.0098) 1.35(0.0532) 8° 0.10(0.0040) 0° COPLANARITY 0.51(0.0201) 0.10 SEATING 0.31(0.0122) 0.25(0.0098) 10..2470((00..00510507)) PLANE 0.17(0.0067) COMPLIANTTOJEDECSTANDARDSMS-012-AA C(RINOEFNPEATRRREOENNLCLTEIHNEOGSNDELISYM)AEANNRDSEIAORRNOESUNANORDETEDAIN-POMPFRIFLOLMPIMIRLELIATIMTEEERTFSEO;RIRNECUQHSUEDIVIINMAELDENENSSTIIOGSNNFS.OR 012407-A 图51. 8引脚标准小型封装[SOIC_N] 窄体 (R-8) 图示尺寸单位：mm和(inch) 订购指南 型号1 温度范围 封装描述 封装选项 AD8428ARZ −40°C至+85°C 8引脚 SOIC_N R-8 AD8428ARZ-RL −40°C至+85°C 8引脚 SOIC_N，13"卷带和卷盘 R-8 AD8428BRZ −40°C至+85°C 8引脚 SOIC_N R-8 AD8428BRZ-RL −40°C至+85°C 8引脚 SOIC_N，13"卷带和卷盘 R-8 1Z = 符合RoHS标准的器件。 ©2011–2012 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D09731-0-4/12(A) Rev. A | Page 20 of 20