MAX4208/MAX4209：超低失調(diào)/漂移、帶 REF 緩沖的精密儀表放大器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對于高精度信號放大的需求一直是工程師們關(guān)注的重點(diǎn)。今天，我們就來深入探討一下 Maxim Integrated 推出的 MAX4208/MAX4209 超低失調(diào)/漂移、帶 REF 緩沖的精密儀表放大器，看看它能為我們的設(shè)計(jì)帶來哪些驚喜。

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一、產(chǎn)品概述

MAX4208/MAX4209 采用了擴(kuò)頻自動調(diào)零技術(shù)，能夠持續(xù)測量并校正輸入失調(diào)，有效消除了時間和溫度漂移以及 1/f 噪聲的影響。這使得它們在小信號差分電壓（±100mV）放大方面表現(xiàn)出色，具有卓越的精度、低功耗、軌到軌輸出、出色的增益帶寬積以及緩沖的 REFIN/MODE 輸入等特點(diǎn)。

（一）主要特性

1. 高精度：在 +25°C 時，輸入失調(diào)電壓最大為 ±20μV，增益誤差最大為 ±0.25%，失調(diào)電壓漂移低至 0.2μV/°C，CMOS 輸入偏置電流僅為 1pA。
2. 寬電源范圍：可在 2.85V 至 5.5V 的單電源電壓下工作，也可使用 ±1.425V 至 ±2.75V 的雙電源。
3. 低功耗：靜態(tài)電流僅為 750μA（內(nèi)部緩沖器關(guān)閉時），關(guān)斷模式下僅為 1.4μA。
4. 增益靈活：MAX4208 增益可調(diào)，可通過兩個外部電阻設(shè)置；MAX4209 固定增益為 100V/V，精度為 ±0.03%（典型值）。
5. REF 緩沖輸入：可用于電平轉(zhuǎn)換輸出，支持單電源應(yīng)用中的雙極性信號。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域

該系列放大器適用于多種應(yīng)用場景，如應(yīng)變計(jì)放大器、工業(yè)過程控制、電池供電的醫(yī)療設(shè)備、精密低端電流檢測、筆記本電腦以及差分電壓放大等。

二、電氣特性分析

（一）直流特性

在 (V{DD}=5V)、(V{SS}=0V)、(V{CM}=V{REF}=V_{DD}/2) 等典型條件下，MAX4208/MAX4209 展現(xiàn)出了優(yōu)異的直流特性。例如，輸入失調(diào)電壓在不同增益和溫度條件下都能保持在較低水平，輸入偏置電流和失調(diào)電流極小，輸入電阻高達(dá) 2GΩ（差分模式和共模模式），增益誤差和增益非線性也都控制在合理范圍內(nèi)。

（二）交流特性

在交流特性方面，MAX4208 的增益帶寬積為 750kHz（G = 1V/V），MAX4209H 的小信號帶寬為 7.5kHz（G = 100V/V），壓擺率為 80V/ms（MAX4208，G = 1V/V，(V_{OUT}=100mV) 階躍）。這些特性使得它們能夠在一定頻率范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，滿足不同應(yīng)用的需求。

三、典型應(yīng)用電路與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）典型應(yīng)用電路

典型應(yīng)用電路中，通過合理配置外部電阻和電容，可以實(shí)現(xiàn)放大器的增益設(shè)置和噪聲抑制等功能。例如，通過連接 R1 和 R2 可以設(shè)置 MAX4208 的增益，公式為 (G = 1 + frac{R2}{R1})。

（二）設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 增益設(shè)置：對于 MAX4208，選擇 (R1 ≤ 1kΩ)，并注意電阻精度比直接影響增益精度，電阻和應(yīng)小于 10kΩ，以避免對輸出精度產(chǎn)生影響。
2. REF 緩沖器的使用：REFIN/MODE 是一個三功能輸入引腳。連接到外部參考電壓（(V{SS} + 0.2V) 至 (V{DD} - 1.3V)）可啟用內(nèi)部 REFIN 緩沖器；連接到 (V{SS}) 可禁用緩沖器，使 REF 輸出處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，允許外部直接驅(qū)動 REF；連接到 (V{DD}) 可將器件置于關(guān)斷模式。
3. 噪聲抑制：使用外部電容 CFB 可以有效降低噪聲。推薦 CFB 的值在 1nF 至 10nF 之間。
4. 電源旁路和布局：為了獲得最佳性能，每個電源應(yīng)通過單獨(dú)的 0.1μF 電容旁路到地。在 PCB 布局方面，應(yīng)盡量減少電路板泄漏電流和熱電偶效應(yīng)，避免長的無屏蔽走線，保持數(shù)字信號遠(yuǎn)離敏感的模擬輸入。

四、應(yīng)用案例分析

（一）低端電流檢測放大器

MAX4208/MAX4209 的間接電流反饋架構(gòu)使其非常適合低端電流檢測應(yīng)用。在這種應(yīng)用中，輸入共模電壓可以為地或略低于地（(V{SS} - 0.1V)）。如果要測量雙向電流，將 REFIN/MODE 連接到 (V{DD}/2) 可獲得全動態(tài)范圍；如果測量單向電流，可將 REFIN/MODE 和 REF 都連接到地。但需要注意 (V_{OL}) 限制可能會影響低電流測量，可通過偏置 REFIN/MODE 電壓來解決。

（二）低電壓高端電流檢測放大器

在筆記本電腦等高性能便攜式設(shè)備的電源管理中，MAX4208/MAX4209 可作為近乎零電壓降的電流檢測放大器。其超低的失調(diào)電壓允許使用小的檢測電阻，實(shí)現(xiàn)高精度的電流檢測。例如，可將 10mV 至 20mV 的 (V_{SENSE}) 電壓放大到合適的輸出電壓，以滿足 ADC 的輸入要求。

五、總結(jié)

MAX4208/MAX4209 精密儀表放大器憑借其卓越的性能、靈活的增益設(shè)置和低功耗等特點(diǎn)，為電子工程師在高精度信號放大領(lǐng)域提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇增益、配置外部元件，并注意 PCB 布局和電源旁路等問題，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。大家在使用過程中是否遇到過類似放大器的其他問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。