概述
ADA4351-2是一款緊湊型、單芯片、雙通道、精密、可編程增益跨阻放大器(PGTIA)。ADA4351-2是一款突破性解決方案，可在寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)量小電流。在?40°C至+125°C的寬溫度范圍內(nèi)，ADA4351-2具有高精度，因此用戶能夠在室溫下對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行一次校準(zhǔn)，從而節(jié)省測(cè)試時(shí)間和成本。ADA4351-2每個(gè)通道集成了兩個(gè)低關(guān)斷漏電流開關(guān)，并且可使用兩個(gè)用戶可選的外部電阻對(duì)增益進(jìn)行編程，以提供靈活緊湊、功能齊全的PGTIA解決方案。憑借單獨(dú)的模擬和數(shù)字電源，ADA4351-2的放大器可以采用雙極性電源供電，而集成邏輯電平轉(zhuǎn)換可使數(shù)字接口保持以地為基準(zhǔn)。此外，ADA4351-2具有穩(wěn)健的輸出級(jí)和低噪聲，可以直接驅(qū)動(dòng)16位精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC，例如AD4696），提供完整的模擬前端(AFE)，以滿足極富挑戰(zhàn)性的精密電流測(cè)量應(yīng)用的需求。

ADA4351-2采用3 mm × 3 mm LFCSP封裝，相對(duì)于使用獨(dú)立運(yùn)算放大器和開關(guān)的分立式設(shè)計(jì)，印刷電路板(PCB)面積縮小了高達(dá)70%。此外，LFCSP背面沒有裸露焊盤(EPAD)，無需通孔，便于在器件下方PCB的所有層上進(jìn)行布線，以進(jìn)一步縮小電路板面積并提供超緊湊的PGTIA和AFE解決方案。
數(shù)據(jù)表：*附件：ADA4351-2緊湊型、雙通道、精密、可編程增益跨阻放大器(PGTIA)技術(shù)手冊(cè).pdf

應(yīng)用

• 精密電流-電壓（I至V）轉(zhuǎn)換
• 可編程增益TIA
• 光電探測(cè)器接口和放大
• 光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
• 光功率測(cè)量
• 儀器儀表——光譜分析和色譜分析
• 精密數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAQ)

特性

• 小尺寸、雙通道、完整PGTIA和AFE解決方案
• 小尺寸封裝：16引腳LFCSP，3 mm × 3 mm
• 集成開關(guān)，每通道2個(gè)外部增益
• 從皮安級(jí)到毫安級(jí)的寬輸入電流動(dòng)態(tài)范圍
• 出色的直流精度
  • 低失調(diào)電壓：±100 μV（最大值，25°C）
  • 低失調(diào)電壓漂移：±0.85 μV/°C（最大值，?40°C至+125°C）
  • 低輸入偏置電流：±9 pA（最大值，25°C）
  • 低關(guān)斷漏電流：±90 pA（最大值）（?40°C至+125°C）
• 新集成架構(gòu)消除了開關(guān)電阻引起的增益誤差
• 單電源供電：+2.7 V至+5.5 V（雙電源供電：±1.85 V至±2.75 V）
• 寬增益帶寬積：8.5 MHz
• 寬工作溫度范圍：?40°C至+125°C

典型應(yīng)用圖

框圖

引腳配置描述

典型性能特征

工作原理

概述

AD44351 - 2是一款小型雙聲道精密可編程跨阻放大器（PGTIA），旨在通過最大限度減少與PGTIA信號(hào)鏈放大器相關(guān)的誤差，來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍最大化，同時(shí)降低印刷電路板（PCB）占用面積要求。其主放大器具有低失調(diào)電壓（隨溫度變化）、低噪聲和低輸入偏置電流的特性，可直接驅(qū)動(dòng)模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）。其專有的低泄漏開關(guān)用于選擇兩種反饋路徑配置之一，這兩種路徑通常采用類似尺寸和電阻的CMOS開關(guān)。這些開關(guān)采用凱爾文連接方式排列，可消除傳感器與運(yùn)算放大器之間電阻的非線性影響。通過兩個(gè)可能的外部反饋路徑和一個(gè)直接ADC驅(qū)動(dòng)路徑，該雙聲道PGTIA顯著降低了與分立解決方案相比的PCB占位面積要求。在內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)于增益大于50 kΩ的情況，采用一個(gè)3 pF的內(nèi)部反饋電容，假設(shè)源電容（Cs）約為10 pF，這在大多數(shù)情況下無需外部補(bǔ)償電容，進(jìn)一步減少了所需的PCB占位面積。

該模擬電路可在單電源（+2.7 V至 +5.5 V）或雙電源（±1.35 V至 ±2.75 V）下工作，具備軌到軌輸出級(jí)和負(fù)電源軌輸入能力，為單向或雙向輸入電流信號(hào)提供靈活的驅(qū)動(dòng)方式，還可直接驅(qū)動(dòng)ADC，輸出電壓參考值最高可達(dá)5.5 V。數(shù)字輸入（開關(guān)控制）可在1.62 V和5.5 V電壓下工作，以直接適配標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平（1.8 V、3.3 V或5 V），具體取決于施加到數(shù)字電源（DVSS和DVDD）的電壓。所需的邏輯低或高電平（VIL/VIH）基于數(shù)字輸入電壓（SW SEL）相對(duì)于相應(yīng)數(shù)字電源（DVSS和DVDD）的電壓。

AD44351 - 2的通道A和通道B的開關(guān)分別由數(shù)字輸入SW SEL A和SW SEL B控制。邏輯低電平和高電平閾值基于數(shù)字電源電壓（DVSS和DVDD），詳見表1和表2中的更多信息。AD44351 - 2需要用戶提供電源來控制開關(guān)邏輯，且與模擬電源范圍分開，這兩個(gè)范圍通常不同。AD44351 - 2包括電平轉(zhuǎn)換電路，可將數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬域，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，相比分立解決方案更具優(yōu)勢(shì)。兩個(gè)內(nèi)部開關(guān)選擇在切換時(shí)進(jìn)行互鎖，以保持閉環(huán)反饋，從而消除切換過程中可能出現(xiàn)的輸出過沖干擾。

為簡(jiǎn)化術(shù)語，由于AD44351 - 2內(nèi)部的兩個(gè)放大器是可互換的，R F 、SW 0 、SW 1 、SW SEL、+IN和 -IN 指的是通道A或通道B的V OUT ，對(duì)應(yīng)于OUTA或OUTB，在每個(gè)通道內(nèi)，RF指的是RF1或R F2 。

PGTIA誤差

PGTIA測(cè)量

AD44351 - 2專為高精度跨阻測(cè)量而設(shè)計(jì)，適用于200 Ω到超過10 MΩ的跨阻放大器（TIA）增益。由于不同且相互競(jìng)爭(zhēng)的誤差源在增益范圍的兩端占主導(dǎo)地位，AD44351 - 2旨在針對(duì)任何增益配置實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能（見“泄漏電流的開關(guān)控制”部分，了解類似方法）。對(duì)于AD44351 - 2，占主導(dǎo)地位的輸出直流誤差源是輸入失調(diào)電壓，而較高增益配置下占主導(dǎo)地位的輸出直流誤差源是輸入偏置電流和開關(guān)泄漏電流。以下部分概述了PGTIA電路中的主要誤差。

PGTIA電路（見圖78）將電容式傳感器（即光電二極管）建模為具有閉合環(huán)路運(yùn)算放大器的電流源。該虛地將 +IN 偏置電壓傳遞到反相節(jié)點(diǎn)，并將反相節(jié)點(diǎn)的偏置電壓作為二極管偏置電壓的一部分進(jìn)行求和，同時(shí)將光電二極管電流從輸出引腳通過反饋電阻引出。該電阻與分流電容（C F ）和分流電阻（R SH ）并聯(lián)，與電流源一起構(gòu)成電路模型。傳感器信號(hào)通過PGTIA的任何路徑流動(dòng)，其理想傳遞函數(shù)為VOUT = 二極管電流（I D ）× R F0 （因?yàn)橐堰x擇RF0增益路徑）。當(dāng)光電二極管暗電流（I DARK ）顯著，且施加較大反向偏置電壓（-V B ）時(shí)，它也可能包含在源模型中。

失調(diào)電壓

PGTIA中放大器的失調(diào)電壓限制了系統(tǒng)在低增益下可檢測(cè)到的最小信號(hào)。誤差出現(xiàn)在PGTIA的輸出端，這是由于放大器TIA增益（對(duì)于典型反相放大器，為放大器的直流噪聲增益（1 + R F /R SH ））引起的，其中RSH是光電二極管中的任何分流電阻。對(duì)于RSH >> R F ，這可簡(jiǎn)化為失調(diào)電壓誤差，它會(huì)影響ADC對(duì)于所有增益的可用且準(zhǔn)確的編碼。因?yàn)锳D44351 - 2是一款內(nèi)置失調(diào)和失調(diào)漂移修整功能的器件，它能夠在25°C時(shí)實(shí)現(xiàn)最大100 μV的失調(diào)電壓，以及0.85 μV/°C的失調(diào)漂移。