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Este artículo analizará el OPA2333P de TI, que es un amplificador operacional de alta precisión y micro potencia.

El OPA2333P opera desde una fuente de fuente única o doble de 1,8 V a 5,5 V, tiene una tensión de compensación máxima de 10 $$ mu V $$ e incorpora una estructura de desviación cero que produce una desviación de la tensión de compensación máxima de 0,05 $$ mu V / ^ { circ} C $$. La función de deriva cero también mejora el rendimiento de ruido del dispositivo en bajas frecuencias.

El OPA2333P exhibe 1.1 $$ mu V_ {P-P} $$ ruido de 0.01 Hz a 10 Hz. El dispositivo tiene entradas y salidas de riel a riel y genera una corriente de reposo de 17 $$ mu A $$. Todo esto está empaquetado en un paquete WSON de 2 mm x 2 mm.

Diagrama de bloques funcional

El diagrama de bloques funcional del OPA2333P se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Imagen cortesía de Texas Instruments.

El dispositivo utiliza una técnica patentada de cancelación de compensación que reduce el voltaje de compensación a menos de 10 $$ mu V $$ y produce una operación de desviación cercana a cero.

Hay cuatro etapas de transconductancia indicadas por GM1, GM2, GM3 y GM_FF. Los bloques representados por CHOP1 y CHOP2 son redes de conmutación utilizadas para implementar la técnica de calibración automática mencionada. Un filtro de muesca se utiliza para atenuar aún más los errores. En el resto del artículo, veremos brevemente la técnica de reducción de desplazamiento empleada en los amplificadores operacionales de alta precisión de TI.

Voltaje y desviación compensados

El voltaje de compensación de entrada ($$ V_ {OS} $$) y la deriva del voltaje de compensación de entrada a lo largo del tiempo o la temperatura ($$ frac {dV_ {OS}} {dT} $$) son dos parámetros importantes de un amplificador. Al amplificar una señal de baja frecuencia, $$ V_ {OS} $$ del amplificador puede ser indistinguible de la señal deseada que se está midiendo. Esto puede introducir errores de medición. Además, la desviación de la tensión de compensación puede hacer que este error varíe con el tiempo o la temperatura. Por lo tanto, la desviación y la desviación del amplificador se deben elegir cuidadosamente en función de los requisitos de una aplicación determinada.

Para mediciones de alta resolución, a menudo necesitamos un voltaje de compensación inferior a 1 mV. Teniendo los valores de desviación y desviación del amplificador y el rango de temperatura de operación de la aplicación, podemos encontrar el error de compensación de temperatura en el peor de los casos por:

$$ | V_ {OS, max} | = | V_ {OS (25 ^ { circ} C)} | + | frac {dV_ {OS}} {dT} | times (Aplicación ; Temperatura ; Rango) $$

Este error de desplazamiento máximo nos proporciona cierta información sobre el voltaje de CC mínimo que puede medir el amplificador, aunque existen otros factores, como el ruido del amplificador, que pueden afectar el valor mínimo detectable. Puede encontrar detalles y ejemplos en este artículo de la comunidad de TI sobre amplificadores operacionales de nanopotencia.

Cuando se trabaja con señales de micro-voltios, se requieren amplificadores con voltaje de desviación muy bajo y deriva. Algunos amplificadores, como el OPA2333P, usan un mecanismo de calibración interno para reducir efectivamente la desviación y el voltaje de compensación. Estos amplificadores se denominan a menudo amplificadores de deriva cero. El desplazamiento y la deriva máximos del OPA2333P son 10 $$ mu V $$ y 0.05 $$ mu V / ^ { circ} C $$, respectivamente.

¿Cómo un amplificador de deriva cero reduce la desviación y la desviación?

Veamos la técnica que utiliza OPA2333P para realizar la cancelación de la compensación. El objetivo es eliminar el offset de GM1 en la Figura 1. Este voltaje de offset se puede modelar como una fuente de voltaje en la entrada de GM1 como se muestra en las Figuras 2 y 3 a continuación. En estas figuras, las redes de conmutación representan los circuitos dentro de los bloques CHOP1 y CHOP2 en la Figura 1.

Mientras que la entrada se aplica a los pines + IN e -IN, el desplazamiento se puede modelar como una fuente de voltaje en la entrada de GM1. Esta es la característica principal que le permite al OPA2333P distinguir entre la señal de entrada y el voltaje de compensación.

La técnica de cancelación de offset incorpora dos semiciclos diferentes. El primer semiciclo se muestra en la Figura 2. La tensión $$ V_ {OS} $$ se amplifica mediante Gm1 y se aplica al condensador $$ C_ {c} $$ en la entrada de la siguiente etapa. Los interruptores están configurados de manera que la placa inferior de $$ C_ {c} $$ tiene una carga positiva.

Figura 2. Imagen cortesía de Texas Instruments.

Ahora, considere la otra fase como se muestra en la Figura 3. Nuevamente, el voltaje $$ V_ {OS} $$ experimenta la ganancia de Gm1 y luego se muestrea en $$ C_ {c} $$. Sin embargo, en este caso, la configuración del interruptor ha cambiado y la placa superior del condensador tiene una carga positiva. En otras palabras, los interruptores están dispuestos de manera que el voltaje de compensación alcance GM2 sin inversión en un medio ciclo y con inversión en el otro medio ciclo. Por lo tanto, la tensión de error producida por la tensión de compensación se promediará a cero.

Figura 3. Imagen cortesía de Texas Instruments.

Para evitar que la señal de entrada se cancele, se colocará otro conjunto de interruptores entre los pines de entrada y Gm1. Estos interruptores se encienden y apagan de manera que la señal de entrada siempre llega a GM2 con la misma polaridad. Por lo tanto, la tensión de entrada no será promediada a cero por el mecanismo de autocorrección.

Ahora veamos algunas otras características interesantes del dispositivo.

Rendimiento de ruido de baja frecuencia

El mecanismo de autocorrección no solo reduce el desplazamiento y la deriva, sino que también suprime el ruido de baja frecuencia del dispositivo. La Figura 4 a continuación compara el ruido de baja frecuencia de un amplificador de deriva cero con el de un amplificador de tiempo continuo tradicional.

Figura 4. Imagen cortesía de Texas Instruments.

En general, el ruido de baja frecuencia de los amplificadores de desviación cero es mucho más bajo que un amplificador de tiempo continuo. El OPA2333P exhibe 1.1 $$ mu V_ {P-P} $$ ruido de 0.01 Hz a 10 Hz.

Tiempo de arranque especificado

Para garantizar una operación de alta precisión, el OPA2333P incorpora un tiempo de inicio especificado de 500 $$ mu s $$ después de que el dispositivo se enciende. Después del tiempo de puesta en marcha, se garantiza que el dispositivo alcance la precisión especificada. La configuración de la prueba y la definición del tiempo de inicio se ilustran en las Figuras 5 y 6, respectivamente.

Figura 5. Imagen cortesía de Texas Instruments.

Figura 6. Imagen cortesía de Texas Instruments.

Como se muestra en la Figura 6, el tiempo de inicio se define como el tiempo que tarda la salida del dispositivo en establecerse dentro de los 20 mV de su valor nominal una vez que se conecta la alimentación.

Columpio de salida

Con un amplificador operacional de suministro único, la salida generalmente no puede oscilar hacia el potencial de tierra. La salida de un buen amplificador operacional de una sola fuente solo puede acercarse al potencial de tierra. Hay aplicaciones que requieren un cambio de voltaje de 0 V al riel de alimentación positiva. En estas aplicaciones, podemos usar el OPA2333P como se muestra en la Figura 7.

Figura 7. Imagen cortesía de Texas Instruments.

Con esta configuración, la salida OPA2333P puede oscilar hasta voltajes incluso ligeramente por debajo del potencial de tierra (aproximadamente -2 mV) sin perder su precisión especificada. Vea la hoja de datos del dispositivo para más detalles.

También tenga en cuenta que, a diferencia de los amplificadores de riel a riel tradicionales que exhiben distorsión de cruce, el OPA2333P ofrece una variación de voltaje de riel a riel sin sufrir distorsión de crossover asociada con las estructuras tradicionales.

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En este artículo, analizamos algunas de las características más importantes del OPA2333P de Texas Instruments. ¿Tiene experiencia con este amplificador de deriva cero u otras partes similares? Háganos saber en los comentarios a continuación.