MAX4194 - MAX4197：微功耗單電源軌到軌精密儀表放大器的卓越之選

在電子設(shè)計領(lǐng)域，對于儀表放大器的性能要求日益嚴(yán)苛，尤其是在低功耗、高精度和寬輸入輸出范圍等方面。Maxim Integrated推出的MAX4194 - MAX4197系列微功耗單電源軌到軌精密儀表放大器，憑借其出色的性能，成為眾多應(yīng)用場景中的理想選擇。

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產(chǎn)品概述

MAX4194是一款可變增益精密儀表放大器，具備軌到軌單電源操作、出色的精度規(guī)格和高增益帶寬。此外，該系列還提供三種固定增益版本，分別是MAX4195（G = +1V/V）、MAX4196（G = +10V/V）和MAX4197（G = +100V/V）。這些固定增益儀表放大器具有關(guān)斷功能，可將靜態(tài)電流降至8μA。

該系列放大器采用傳統(tǒng)的三運算放大器配置，以實現(xiàn)最大的直流精度。其輸入輸出均為軌到軌，輸入可在負(fù)電源軌以下200mV至正電源軌1.1V范圍內(nèi)擺動。所有器件僅消耗93μA電流，可在+2.7V至+7.5V單電源或±1.35V至±3.75V雙電源下工作，采用8引腳SO封裝，工作溫度范圍為-40°C至+85°C。

性能特點

低功耗優(yōu)勢

低功耗是該系列放大器的一大亮點，非常適合遠(yuǎn)程傳感和電池供電應(yīng)用。在正常工作時，電源電流僅為93μA，而MAX4195/MAX4196/MAX4197在關(guān)斷模式下的電流可低至8μA。這種低功耗特性能夠有效延長電池供電設(shè)備的續(xù)航時間，減少能源消耗。大家在設(shè)計電池供電的便攜式設(shè)備時，是否會優(yōu)先考慮低功耗的放大器呢？

高精度規(guī)格

高精度的規(guī)格使得該系列放大器能夠最大程度地發(fā)揮傳感器的性能。它具有高共模抑制比，在G = +10V/V時可達(dá)115dB，能夠有效抑制共模信號的干擾。輸入共模范圍可擴(kuò)展至GND以下200mV，輸入失調(diào)電壓低（G ≥ +100V/V時為50V），增益誤差低（G = +1V/V時為±0.01%），3dB帶寬在G = +1V/V、MAX4194時可達(dá)250kHz。這些高精度的參數(shù)保證了放大器在各種應(yīng)用中的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

軌到軌輸出

軌到軌輸出特性使得放大器能夠充分利用電源電壓范圍，輸出信號可以接近電源軌，從而提高了信號的動態(tài)范圍。在驅(qū)動負(fù)載時，輸出能夠在25kΩ（連接到VCC/2）負(fù)載下擺動至離電源軌30mV以內(nèi)，在5kΩ負(fù)載下擺動至離電源軌100mV以內(nèi)。

引腳配置與功能

不同的引腳具有不同的功能，通過合理連接這些引腳，可以實現(xiàn)放大器的各種工作模式和性能調(diào)整。例如，通過設(shè)置REF引腳的電壓，可以偏移輸出電壓；通過控制SHDN引腳，可以實現(xiàn)放大器的關(guān)斷和開啟。

應(yīng)用領(lǐng)域

醫(yī)療設(shè)備

在醫(yī)療設(shè)備中，對信號的精度和穩(wěn)定性要求極高。該系列放大器的高精度和低功耗特性使其非常適合用于醫(yī)療設(shè)備中的信號放大，如心電圖儀、血壓計等。它能夠準(zhǔn)確地放大微弱的生物電信號，為醫(yī)療診斷提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

熱電偶放大器

熱電偶是一種常用的溫度傳感器，其輸出信號通常非常微弱。MAX4194 - MAX4197系列放大器可以對熱電偶輸出的微弱信號進(jìn)行放大，并且能夠有效抑制共模干擾，提高溫度測量的準(zhǔn)確性。

4 - 20mA環(huán)路變送器

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，4 - 20mA環(huán)路變送器是一種常用的信號傳輸方式。該系列放大器可以用于4 - 20mA環(huán)路變送器中的信號放大和處理，確保信號的準(zhǔn)確傳輸。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要對各種傳感器輸出的信號進(jìn)行準(zhǔn)確采集和放大。該系列放大器的高精度和寬輸入輸出范圍使其能夠滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求，為數(shù)據(jù)采集提供可靠的保障。

電池供電/便攜式設(shè)備

由于其低功耗特性，該系列放大器非常適合用于電池供電的便攜式設(shè)備，如手持儀器、移動監(jiān)測設(shè)備等。它能夠在保證性能的同時，有效延長設(shè)備的續(xù)航時間。

傳感器接口和電橋放大器

在傳感器接口和電橋放大器應(yīng)用中，該系列放大器可以對傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行放大和處理，提高傳感器的性能和測量精度。

詳細(xì)工作原理

輸入級

該系列放大器采用三放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸入級由兩個運算放大器組成，共同提供固定增益差分和單位共模增益。輸出級是一個傳統(tǒng)的差分放大器，整體共模抑制比可達(dá)115dB（G = +10V/V）。MAX4194的增益可通過外部電阻在+1V/V至+10,000V/V之間設(shè)置，而MAX4195/MAX4196/MAX4197則通過片上增益設(shè)置電阻實現(xiàn)固定增益。

輸入電壓范圍和詳細(xì)操作

其共模輸入范圍為VEE - 0.2V至VCC - 1.1V。理想情況下，儀表放大器僅對輸入的差分電壓做出響應(yīng)。當(dāng)兩個輸入電壓相同時，輸出為VREF。差分電壓會在增益設(shè)置電阻上產(chǎn)生電流，該電流也會流過兩個輸入放大器的反饋電阻，從而產(chǎn)生差分電壓。輸出電壓可以通過相應(yīng)的公式計算得出。

軌到軌輸出級

輸出級采用共源結(jié)構(gòu)，可最大程度地提高儀表放大器的動態(tài)范圍。輸出能夠驅(qū)動高達(dá)25kΩ（連接到VCC/2）的電阻負(fù)載，并且通常能在離電源軌30mV范圍內(nèi)擺動。當(dāng)輸出負(fù)載為5kΩ連接到VCC/2時，輸出電壓可在離電源軌100mV范圍內(nèi)擺動。

關(guān)斷模式

MAX4195 - MAX4197具有低功耗關(guān)斷模式。當(dāng)關(guān)斷引腳（SHDN）被拉低時，內(nèi)部放大器關(guān)閉，電源電流通常降至8μA，此時放大器被禁用，輸出處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。將SHDN引腳拉高則可啟用放大器。

設(shè)計注意事項

增益設(shè)置

對于MAX4194，其增益可通過在兩個RG引腳（引腳1和引腳8）之間連接一個外部增益電阻來設(shè)置，增益公式為G = 1 + 50kΩ/RG。需要注意的是，RG電阻的精度和溫度漂移會影響IC的精度和增益漂移，在高增益操作時，低RG值可能會因寄生電阻而顯著增加增益誤差。大家在設(shè)置增益時，是否會仔細(xì)考慮RG電阻的選擇呢？

電容負(fù)載穩(wěn)定性

該系列放大器在電容負(fù)載高達(dá)300pF時是穩(wěn)定的。對于需要更大電容負(fù)載驅(qū)動能力的應(yīng)用，可以在輸出和電容負(fù)載之間使用隔離電阻來減少輸出信號的振鈴，但這種方法會降低增益精度，因為隔離電阻會與負(fù)載電阻形成分壓器。

電源旁路和布局

良好的布局技術(shù)可以通過減少儀表放大器增益設(shè)置引腳處的雜散電容來優(yōu)化性能。過多的電容會導(dǎo)致放大器的頻率響應(yīng)出現(xiàn)峰值。為了減少雜散電容，應(yīng)將外部組件盡可能靠近儀表放大器放置，以縮短走線長度。為了獲得最佳性能，每個電源都應(yīng)通過一個單獨的0.1μF電容旁路到地。

總結(jié)

MAX4194 - MAX4197系列微功耗單電源軌到軌精密儀表放大器以其低功耗、高精度、寬輸入輸出范圍等優(yōu)點，在多個應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出了卓越的性能。通過合理的引腳連接、增益設(shè)置和布局設(shè)計，可以充分發(fā)揮該系列放大器的優(yōu)勢，為各種電子設(shè)備的設(shè)計提供可靠的信號放大解決方案。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場景，選擇合適的型號和參數(shù)，以實現(xiàn)最佳的性能和效果。大家在使用該系列放大器時，是否遇到過一些問題或有一些獨特的應(yīng)用經(jīng)驗?zāi)?？歡迎在評論區(qū)分享。