• 北大核心期刊(《中文核心期刊要目总览》2017版)
  • 中国科技核心期刊(中国科技论文统计源期刊)
  • JST 日本科学技术振兴机构数据库(日)收录期刊

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

一种改进型低输入偏置电流的仪表放大器

曾惠礼 肖筱 尤路 魏海龙

曾惠礼, 肖筱, 尤路, 魏海龙. 一种改进型低输入偏置电流的仪表放大器[J]. 微电子学与计算机, 2022, 39(11): 95-101. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.1195
引用本文: 曾惠礼, 肖筱, 尤路, 魏海龙. 一种改进型低输入偏置电流的仪表放大器[J]. 微电子学与计算机, 2022, 39(11): 95-101. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.1195
ZENG Huili, XIAO Xiao, YOU Lu, WEI Hailong. An improved instrumentation amplifier with lowinput bias current[J]. Microelectronics & Computer, 2022, 39(11): 95-101. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.1195
Citation: ZENG Huili, XIAO Xiao, YOU Lu, WEI Hailong. An improved instrumentation amplifier with lowinput bias current[J]. Microelectronics & Computer, 2022, 39(11): 95-101. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.1195

一种改进型低输入偏置电流的仪表放大器

doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.1195
详细信息
    作者简介:

    曾惠礼  男,(1994-),硕士研究生.研究方向为高性能仪表放大器设计

    肖筱   女,(1987-),硕士研究生,高级工程师.研究方向为模拟集成电路设计

    尤路   男,(1986-),硕士研究生,高级工程师.研究方向为模拟集成电路设计

    通讯作者:

    魏海龙(通讯作者)   男,(1976-),博士,研究员,硕士生导师.研究方向为模拟集成电路设计.E-mail: weihl007@126.com

  • 中图分类号: TN431

An improved instrumentation amplifier with lowinput bias current

  • 摘要:

    介绍了一种低输入偏置电流仪表放大器的设计.主要采用超β NPN输入器件并配合一种改进型的偏流自补偿结构,即通过在偏流补偿网络中使用一个横向PNP型器件替换PJFET器件的方法,以防止PJFET器件高温下栅漏电流对电路造成的影响,实现pA量级的极低输入偏置电流和pA/℃量级的偏流温漂系数.基于兼容金属薄膜电阻的40V单铝双极工艺,在保证低增益误差、低失调电压和高共模抑制比的同时,该电路具有较高的输入阻抗,适用于数据采集系统中对小信号的提取和放大.测试结果显示,改进后的仪表放大器常温下的输入偏置电流为0.69nA,输入失调电流为0.12nA,输入失调电压为21.54μV,增益G=100时的增益误差为0.05%,共模抑制比为119.41dB.

     

  • 图 1  仪表放大器电路原理图

    Figure 1.  Schematic diagram of instrumentation amplifier circuit

    图 2  输入缓冲放大器

    Figure 2.  Input Buffer Amplifier

    图 3  改进前的偏流补偿结构

    Figure 3.  Bias current compensation structure before improvement

    图 4  改进后的偏流补偿结构

    Figure 4.  The improved bias current compensation structure

    图 5  输入偏置电流温漂特性

    Figure 5.  Input bias current temperature drift characteristics

    图 6  输入偏置电流随电源电压的变化特性

    Figure 6.  Variation of input bias current with supply voltage

    图 7  输入偏置电流随共模电压的变化特性

    Figure 7.  Variation of input bias current with common mode voltage

    表  1  本文的IA与同类型产品参数对比

    Table  1.   Comparison of the parameters of IA in this paper and products of the same type

    参数 本文 文献[12]
    仿真 实测
    功耗/mA 3.80 3.90 0.90
    输入偏置电流/nA 0.31 0.69 2.00
    输入失调电流/nA 0.08 0.12 0.70
    输入失调电压/μV 15.62 21.54 60.00
    增益误差/% 0.02 0.05 0.20
    共模抑制比/dB 133.60 119.41 118.00
    转换速率/(V/μs) 5.40 5.10 1.20
    下载: 导出CSV
  • [1] 冯建文. 运算放大器的输入偏置电流[J]. 内蒙古科技与经济, 2017(14): 100-101. DOI: 10.3969/j.issn.1007-6921.2017.14.054.

    FENG J W. Input bias current of operational amplifier[J]. Inner Mongolia Science and Technology and Economy, 2017(14): 100-101. DOI: 10.3969/j.issn.1007-6921.2017.14.054.
    [2] SPINELLI E M, HABERMAN M A, GUERRERO FN, et al. A high input impedance single-ended input to balanced differential output amplifier[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2020, 69(4): 1682-1689. DOI: 10.1109/TIM.2019.2915776.
    [3] CHIN K, HAO S, KITAJIMA A, et al. Leakage current compensation technique of ESD protection circuit for CMOS operational amplifier[C]//Proceedings of 2016 International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems (ISPACS). Phuket, Thailand: IEEE, 2016: 1-4. DOI: 10.1109/ISPACS.2016.7824722.
    [4] KIM H, KWON Y, YOU D, et al. Low-noise chopper amplifier using lateral PNP input stage with automatic base current cancellation[J]. IEEE Transactions on Circuits and Systems Ⅱ: Express Briefs, 2021, 68(7): 2297-2301. DOI: 10.1109/TCSⅡ.2021.3063358.
    [5] 应建华, 朱慧珍. 一种高增益、低功耗、Rail-to-Rail输出的BiCMOS运算放大器[J]. 微电子学与计算机, 2006, 23(6): 141-144. DOI: 10.3969/j.issn.1000-7180.2006.06.041.

    YING J H, ZHU H Z. A BiCMOS operational anylifier with high-gain low-disipation and Rail-to-Rail output range[J]. Microelectronics & Computer, 2006, 23(6): 141-144. DOI: 10.3969/j.issn.1000-7180.2006.06.041.
    [6] HUANG X Z, SHI J G, LIU L T, et al. A low input offset voltage input stage with base current traced compensation technique[C]//Proceedings of 2012 IEEE 11th International Conference on Solid-State and Integrated Circuit Technology. Xi'an, China: IEEE, 2012: 1-3. DOI: 10.1109/ICSICT.2012.6467873.
    [7] MAIDIQUE M A. A high precision monolithic super-beta operational amplifier[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1972, 7(6): 480-487. DOI: 10.1109/JSSC.1972.1050322.
    [8] GRAY P R, HURST P J, LEWIS S H, 等. 模拟集成电路的分析与设计[M]. 4版. 张晓林, 译. 北京: 高等教育出版社, 2005: 8-13.

    GRAY P R, HURST P J, LEWIS S H, et al. Analysis and design of analog integrated circuits[M]. 4th ed. ZHANG X L, trans. Beijing: Higher Education Press, 2005: 8-13.
    [9] 王靖, 郭廷, 李威. 一款精准低噪声运算放大器输入级的优化设计[J]. 半导体技术, 2019, 44(11): 846-851. DOI: 10.13290/j.cnki.bdtjs.2019.11.004.

    WANG J, GUO T, LI W. Optimization design of the input stage of a precise low noise operational amplifier[J]. Semiconductor Technology, 2019, 44(11): 846-851. DOI: 10.13290/j.cnki.bdtjs.2019.11.004.
    [10] ROOZBAHANI R G. BJT-BJT, FET-BJT, and FET-FET[J]. IEEE Circuits and Devices Magazine, 2004, 20(6): 17-22. DOI: 10.1109/MCD.2004.1364771.
    [11] 王巍, 蔡文琪, 莫啸, 等. 应用于4G的两级BiCMOS射频功率放大器设计[J]. 微电子学与计算机, 2016, 33(1): 56-59. DOI: 10.19304/j.cnki.issn1000-7180.2016.01.045.

    WANG W, CAI W Q, MO X, et al. Design of tow stage SiGe BiCMOS RF power amplifier for 4G applications[J]. Microelectronics & Computer, 2016, 33(1): 56-59. DOI: 10.19304/j.cnki.issn1000-7180.2016.01.045.
    [12] ADI. Low Cost Instrumentation Amplifier Data Sheet (Rev. E)[EB/OL]. [2021-11-20]. https://www.analog.com/cn/products/ad622.html.
  • 加载中
图(7) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  79
  • HTML全文浏览量:  56
  • PDF下载量:  8
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-24
  • 修回日期:  2021-11-24
  • 网络出版日期:  2022-11-29

目录

    /

    返回文章
    返回