SGM620A：低功耗、低噪聲儀表放大器的卓越之選

在電子設計領域，儀表放大器是一種關鍵的組件，廣泛應用于各種需要高精度信號放大的場景。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、性能以及應用場景。

文件下載：SGM620A.pdf

一、產品概述

SGM620A是一款高精度、高電壓儀表放大器，它的獨特之處在于能夠通過一個外部電阻將增益設置在1到10000之間。它的低功耗特性使其在電池供電應用中表現(xiàn)出色，典型靜態(tài)電流僅為1.3mA。同時，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的低輸入失調電壓，還具備低噪聲、低偏置電流和低功耗等特點，這些特性使其成為對直流性能要求極高的應用的理想選擇。

二、產品特性

1. 增益設置靈活

通過單個外部電阻即可設置增益，范圍從1到10000，滿足不同應用的需求。

2. 低失調電壓

輸入失調電壓最大為80μV，確保了高精度的信號放大。

3. 低偏置電流

典型輸入偏置電流為15nA，減少了對輸入信號的影響。

4. 高共模抑制比

在增益為10時，典型共模抑制比達到120dB，有效抑制共模信號干擾。

5. 低噪聲

在1kHz時，輸入電壓噪聲為6nV/√Hz，0.1Hz到10Hz頻段的電壓噪聲為0.4μVp - p，適合對噪聲要求嚴格的應用。

6. 快速建立時間

在增益為100時，達到0.01%精度的建立時間僅為10μs，適用于多路復用應用。

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，延長了電池供電設備的續(xù)航時間。

9. 寬溫度范圍

工作溫度范圍為 - 40℃到 + 125℃，適應各種惡劣環(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有所不同。例如，在增益為100時，25℃下的增益誤差典型值為0.1%，全溫度范圍內最大為0.5%。

2. 失調電壓

輸入失調電壓在25℃下典型值為30μV，全溫度范圍內最大為160μV；輸出失調電壓在25℃下典型值為200μV，全溫度范圍內最大為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載電阻下有相應的表現(xiàn)，例如在±18V電源和2kΩ負載下，25℃時輸出高電平最大為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，全溫度范圍內最大為2.2mA。不同增益下的小信號 - 3dB帶寬也有所不同，如增益為1時帶寬為3900kHz，增益為100時帶寬為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電源波動的抑制能力。在低頻段，PSRR較高，能夠有效減少電源噪聲對輸出信號的影響。

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。

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. 建立時間

不同增益下的建立時間曲線展示了其在不同增益下的響應速度，如增益為1到100時，達到0.01%精度的建立時間為10μs，增益為1000時為51μs。

五、工作原理

SGM620A基于經典的三運放結構進行了改進，是一款整體式儀表放大器。其高精度輸入由兩個輸入晶體管Q1和Q2提供，通過兩個環(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置電阻RG上。差分增益可表示為 (G = 1 + (R{1} + R{2}) / R_{G}) ，通過單位增益減法器（A3）可以抑制共模信號，從而產生單端輸出。

六、應用場景

1. 壓力測量

SGM620A在電橋應用中表現(xiàn)出色，如測量稱重秤中的壓力。由于其高輸入阻抗，適合檢測高電阻的壓力傳感器。在一個由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，通過緩沖分壓器和SGM620A對輸出信號進行調理，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創(chuàng)血壓測量等診斷應用。

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)測器。在電池供電的數據記錄器中，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，結合其低電壓噪聲、低電流和低偏置電流的優(yōu)勢，可以提高動態(tài)范圍。通過電容C1可以維持右腿驅動回路的穩(wěn)定性，并且為了保護患者，需要在患者和電路部分之間添加隔離保護措施。

3. 精密V - I轉換器

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

七、應用注意事項

1. 輸入和輸出失調電壓

輸入和輸出誤差是導致SGM620A誤差的主要來源。在大增益時，輸入誤差占主導；在小增益時，輸出誤差占主導?？傒斎雲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，當負載不連接到系統(tǒng)的精確地時，參考端子非常有用。參考電壓應在電源電壓范圍內，且為了保持良好的共模抑制比，該引腳的寄生電阻應較低。

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的溫度系數應低至1ppm/℃。

4. RF干擾

儀表放大器的一個特點是能夠整流帶外小信號，這種干擾可以表現(xiàn)為小偏置電壓。通過在儀表放大器的輸入位置放置R - C網絡可以過濾所有高頻分量，電容CD影響差分信號質量，電容CC影響共模信號質量。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引腳應連接到低阻抗輸入，兩個輸入之間的阻抗差應盡可能小。使用屏蔽電纜可以有效降低電路噪聲，并且需要正確驅動屏蔽電纜以獲得更好的共模抑制比。

6. 接地隔離

為了解決接地問題，REF引腳應連接到“本地地”。由于數字電路環(huán)境嘈雜，數據采集組件（如ADC）有AGND和DGND兩個引腳，可以使用單根線或0Ω電阻進行隔離，并且模擬和數字的接地返回應在一點連接。

7. 偏置電流接地返回

儀表放大器輸入級的晶體管需要偏置電流（IB）來工作和偏置，因此需要為偏置電流設計接地返回路徑。例如，對于交流耦合變壓器等浮動輸入的放大器，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，文檔中詳細給出了這兩種封裝的外形尺寸、推薦焊盤尺寸、編帶和卷盤信息以及紙箱尺寸等。工程師在設計電路板時，可以根據這些信息進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放大應用中提供了一個可靠的選擇。在實際應用中，工程師需要根據具體需求合理選擇增益、處理失調電壓、抑制干擾等，以充分發(fā)揮SGM620A的優(yōu)勢。你在使用儀表放大器的過程中遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和問題。