ADA4351-2紧凑型、双通道、精密、可编程增益跨阻放大器(PGTIA)技术手册

概述
ADA4351-2是一款紧凑型、单芯片、双通道、精密、可编程增益跨阻放大器(PGTIA)。ADA4351-2是一款突破性解决方案，可在宽动态范围内准确测量小电流。在?40°C至+125°C的宽温度范围内，ADA4351-2具有高精度，因此用户能够在室温下对终端设备进行一次校准，从而节省测试时间和成本。ADA4351-2每个通道集成了两个低关断漏电流开关，并且可使用两个用户可选的外部电阻对增益进行编程，以提供灵活紧凑、功能齐全的PGTIA解决方案。凭借单独的模拟和数字电源，ADA4351-2的放大器可以采用双极性电源供电，而集成逻辑电平转换可使数字接口保持以地为基准。此外，ADA4351-2具有稳健的输出级和低噪声，可以直接驱动16位精度模数转换器（ADC，例如AD4696），提供完整的模拟前端(AFE)，以满足极富挑战性的精密电流测量应用的需求。

ADA4351-2采用3 mm × 3 mm LFCSP封装，相对于使用独立运算放大器和开关的分立式设计，印刷电路板(PCB)面积缩小了高达70%。此外，LFCSP背面没有裸露焊盘(EPAD)，无需通孔，便于在器件下方PCB的所有层上进行布线，以进一步缩小电路板面积并提供超紧凑的PGTIA和AFE解决方案。
数据表：*附件：ADA4351-2紧凑型、双通道、精密、可编程增益跨阻放大器(PGTIA)技术手册.pdf

应用

• 精密电流-电压（I至V）转换
• 可编程增益TIA
• 光电探测器接口和放大
• 光纤网络设备
• 光功率测量
• 仪器仪表——光谱分析和色谱分析
• 精密数据采集系统(DAQ)

特性

• 小尺寸、双通道、完整PGTIA和AFE解决方案
• 小尺寸封装：16引脚LFCSP，3 mm × 3 mm
• 集成开关，每通道2个外部增益
• 从皮安级到毫安级的宽输入电流动态范围
• 出色的直流精度
  • 低失调电压：±100 μV（最大值，25°C）
  • 低失调电压漂移：±0.85 μV/°C（最大值，?40°C至+125°C）
  • 低输入偏置电流：±9 pA（最大值，25°C）
  • 低关断漏电流：±90 pA（最大值）（?40°C至+125°C）
• 新集成架构消除了开关电阻引起的增益误差
• 单电源供电：+2.7 V至+5.5 V（双电源供电：±1.85 V至±2.75 V）
• 宽增益带宽积：8.5 MHz
• 宽工作温度范围：?40°C至+125°C

典型应用图

框图

引脚配置描述

典型性能特征

工作原理

概述

AD44351 - 2是一款小型双声道精密可编程跨阻放大器（PGTIA），旨在通过最大限度减少与PGTIA信号链放大器相关的误差，来实现系统动态范围最大化，同时降低印刷电路板（PCB）占用面积要求。其主放大器具有低失调电压（随温度变化）、低噪声和低输入偏置电流的特性，可直接驱动模拟 - 数字转换器（ADC）。其专有的低泄漏开关用于选择两种反馈路径配置之一，这两种路径通常采用类似尺寸和电阻的CMOS开关。这些开关采用凯尔文连接方式排列，可消除传感器与运算放大器之间电阻的非线性影响。通过两个可能的外部反馈路径和一个直接ADC驱动路径，该双声道PGTIA显著降低了与分立解决方案相比的PCB占位面积要求。在内部进行补偿，对于增益大于50 kΩ的情况，采用一个3 pF的内部反馈电容，假设源电容（Cs）约为10 pF，这在大多数情况下无需外部补偿电容，进一步减少了所需的PCB占位面积。

该模拟电路可在单电源（+2.7 V至 +5.5 V）或双电源（±1.35 V至 ±2.75 V）下工作，具备轨到轨输出级和负电源轨输入能力，为单向或双向输入电流信号提供灵活的驱动方式，还可直接驱动ADC，输出电压参考值最高可达5.5 V。数字输入（开关控制）可在1.62 V和5.5 V电压下工作，以直接适配标准逻辑电平（1.8 V、3.3 V或5 V），具体取决于施加到数字电源（DVSS和DVDD）的电压。所需的逻辑低或高电平（VIL/VIH）基于数字输入电压（SW SEL）相对于相应数字电源（DVSS和DVDD）的电压。

AD44351 - 2的通道A和通道B的开关分别由数字输入SW SEL A和SW SEL B控制。逻辑低电平和高电平阈值基于数字电源电压（DVSS和DVDD），详见表1和表2中的更多信息。AD44351 - 2需要用户提供电源来控制开关逻辑，且与模拟电源范围分开，这两个范围通常不同。AD44351 - 2包括电平转换电路，可将数字控制信号转换为模拟域，从而简化设计，相比分立解决方案更具优势。两个内部开关选择在切换时进行互锁，以保持闭环反馈，从而消除切换过程中可能出现的输出过冲干扰。

为简化术语，由于AD44351 - 2内部的两个放大器是可互换的，R F 、SW 0 、SW 1 、SW SEL、+IN和 -IN 指的是通道A或通道B的V OUT ，对应于OUTA或OUTB，在每个通道内，RF指的是RF1或R F2 。

PGTIA误差

PGTIA测量

AD44351 - 2专为高精度跨阻测量而设计，适用于200 Ω到超过10 MΩ的跨阻放大器（TIA）增益。由于不同且相互竞争的误差源在增益范围的两端占主导地位，AD44351 - 2旨在针对任何增益配置实现最优性能（见“泄漏电流的开关控制”部分，了解类似方法）。对于AD44351 - 2，占主导地位的输出直流误差源是输入失调电压，而较高增益配置下占主导地位的输出直流误差源是输入偏置电流和开关泄漏电流。以下部分概述了PGTIA电路中的主要误差。

PGTIA电路（见图78）将电容式传感器（即光电二极管）建模为具有闭合环路运算放大器的电流源。该虚地将 +IN 偏置电压传递到反相节点，并将反相节点的偏置电压作为二极管偏置电压的一部分进行求和，同时将光电二极管电流从输出引脚通过反馈电阻引出。该电阻与分流电容（C F ）和分流电阻（R SH ）并联，与电流源一起构成电路模型。传感器信号通过PGTIA的任何路径流动，其理想传递函数为VOUT = 二极管电流（I D ）× R F0 （因为已选择RF0增益路径）。当光电二极管暗电流（I DARK ）显著，且施加较大反向偏置电压（-V B ）时，它也可能包含在源模型中。

失调电压

PGTIA中放大器的失调电压限制了系统在低增益下可检测到的最小信号。误差出现在PGTIA的输出端，这是由于放大器TIA增益（对于典型反相放大器，为放大器的直流噪声增益（1 + R F /R SH ））引起的，其中RSH是光电二极管中的任何分流电阻。对于RSH >> R F ，这可简化为失调电压误差，它会影响ADC对于所有增益的可用且准确的编码。因为AD44351 - 2是一款内置失调和失调漂移修整功能的器件，它能够在25°C时实现最大100 μV的失调电压，以及0.85 μV/°C的失调漂移。