AD8218BRMZ

零漂移双向分流 监控器 AD8218 特性 功能框图 VS R4 AD8218 –IN R1 OUT +IN R2 LDO R3 ENB GND REF 09592-001 高共模电压范围 工作范围：4 V至80 V 耐压范围：-0.3 V至85 V 缓冲输出电压 增益为20 V/V 宽工作温度范围：-40℃至+125℃ 出色的交流和直流性能 失调漂移：±100 nV/°C（典型值） 失调：±50 μV（典型值） 增益漂移：±5 ppm/°C（典型值） 直流共模抑制比(CMRR)：110 dB（典型值） 图1. 应用 高端电流检测 48 V电信设备 电源管理 基站 双向电机控制 精密高压电流源 概述 AD8218是一款高压、高分辨率分流放大器。设定增益为 20 V/V，在整个温度范围内的最大增益误差为±0.35%。缓 冲输出电压可以直接与任何典型转换器连接。AD8218在 输入共模电压处于4V~80V范围时，具有出色的输入共模 抑制性能；它能够在分流电阻上进行双向电流的测量，适 合各种工业和电信应用，包括电机控制、电池管理和基站 功率放大器偏置控制等。 在−40°C至+125°C的整个温度范围内，AD8218都能提供极 佳的性能。它采用零漂移内核，在整个工作温度范围和共 模电压范围内，失调漂移典型值为±100 nV/°C。此外，芯 片在0 mV至~250 mV的整个输入差分电压范围内能保持线 性输出。AD8218同时包括一个80 mV内部基准电压源，用 于在单向电流检测应用中提供优化的动态范围。输入失调 电压的典型值为±50 μV。 AD8218采用8引脚MSOP封装。 Rev. A Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 www.analog.com Fax: 781.461.3113 ©2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 AD8218 目录 特性....................................................................................................1 放大器内核 ................................................................................10 应用....................................................................................................1 输出箝位.....................................................................................10 功能框图 ...........................................................................................1 应用须知 .........................................................................................11 概述....................................................................................................1 电源电压(VS)连接.....................................................................11 修订历史 ...........................................................................................2 使能引脚(ENB)工作原理 .......................................................11 技术规格 ...........................................................................................3 应用信息 .........................................................................................12 绝对最大额定值..............................................................................4 单向高端电流检测 ...................................................................12 ESD警告........................................................................................4 双向高端电流检测 ...................................................................12 引脚配置和功能描述 .....................................................................5 电机控制电流检测 ...................................................................12 典型工作特性 ..................................................................................6 外形尺寸 .........................................................................................13 工作原理 .........................................................................................10 订购指南.....................................................................................13 修订历史 2011年2月—修订版0至修订版A 更改特性部分 .................................................................................. 1 2010年1月—修订版0：初始版 Rev. A | Page 2 of 16 AD8218 技术规格 除非另有说明，TOPR = −40°C至+125°C、TA = 25°C、RL = 25 kΩ(RL是输出负载电阻)、输入共模电压(VCM)为4 V。 表1. 参数 增益 初始 精度 整个温度范围内的精度 增益与温度的关系 失调电压 失调电压(RTI1) 整个温度范围内的失调电压(RTI1) 失调漂移 输入 偏置电流2 共模输入电压范围 差分输入电压范围3 共模抑制比(CMRR) 输出 输出电压范围下限 输出电压范围上限 输出阻抗 内部基准(ENB引脚接地) 初始值 最小值 典型值 最大值 单位 测试条件/注释 V/V % % ppm/°C VO ≥ 0.1 V dc, TA TOPR TOPR µV µV nV/°C 25°C TOPR TOPR 220 80 250 µA µA V mV dB TA, 输入共模电压为 = 4 V, VS = 4 V TOPR, 输入共模电压为 = 4 V, V S = 4 V 共模连续 差分输入电压 TOPR VS − 0.1 TA 2 V V Ω 80 mV 20 ±0.1 ±0.35 ±5 ±200 ±300 ±100 130 4 0 90 110 0.01 −150 +150 µV µV/°C 当差分输入电压为0V、共模输入电压为4V时， OUT端的输出电压 失调(RTI1) 失调漂移(RTO4) 基准输入(REF，引脚7) 输入阻抗 输入电流 输入电压范围 输入至输出增益 动态响应 小信号-3 dB带宽 压摆率 噪声 0.1 Hz至10 Hz (RTI1) 频谱密度，1 kHz (RTI1) 电源 工作范围(引脚2悬空) 4 80 V 共模功率调整，VS引脚处于悬空状态 VS范围(引脚2) 4 5.5 V 当采用独立电源供电时，VS必须低于5.5 V。 整个温度范围内的静态电流 电源抑制比(PSRR) 800 90 µA dB 整个输入共模范围 TOPR 温度范围 额定性能 −40 +125 °C ±10 1.5 1 ± 0.0001 MΩ µA V V/V 450 1 kHz V/µs 2.3 110 µV p-p nV/√Hz 3 0 60 5 110 VS = NC or VS = 5 V 由VREF/1.5 MΩ决定 ENB不接地 RTI = 折合到输入端。 有关输入偏置电流的更多信息，请参考图8。此电流取决于输入共模电压。此外，流入+IN引脚的输入偏置电流也是内部LDO的电源电流。 3 由于输出电压在内部被箝位至5.2V，因此，差分输入电压被指定为250 mV，以确保输出电压的值不超过典型ADC输入电压范围，从而防止器件遭到破坏。 AD8218可容忍的差分电压为±5 V，但由于输出箝位功能的关系，该器件只能将电压放大~250 mV。 4 RTO = 折合到输出端。 1 2 Rev. A | Page 3 of 16 AD8218 绝对最大额定值 表2. 参数 最大输入电压(+IN、−IN至GND) 差分输入电压(+IN至−IN) HBM(人体模型)ESD额定值 工作温度范围(TOPR) 存储温度范围 输出短路持续时间 额定值 −0.3 V 至 85 V ±5 V ±2000 V −40°C 至 +125°C −65°C 至 +150°C 未定 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损 坏。这只是额定最值，不表示在这些条件下或者在任何其 它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，器件能 够正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器 件的可靠性。 ESD警告 ESD(静电放电)敏感器件。 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放 电。尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇 到高能量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采 取适当的ESD防范措施，以避免器件性能下降或功 能丧失。 Rev. A | Page 4 of 16 AD8218 +IN 1 VS 2 ENB 3 GND 4 AD8218 TOP VIEW (Not to Scale) 8 –IN 7 REF 6 NC 5 OUT NC = NO CONNECT. DO NOT CONNECT TO THIS PIN. 09592-002 引脚配置和功能描述 图2. 引脚配置 表3. 引脚功能描述 引脚编号 1 2 3 4 5 6 7 8 引脚名称 +IN VS ENB GND OUT NC REF −IN 描述 同相输入。 电源引脚。通过0.1 μF标准电容旁路。 接地，从而使能内部基准电压(80 mV) 地。 输出。 请勿连接该引脚。 基准电压输入。连接至低阻抗电压源。 反相输入。 Rev. A | Page 5 of 16 AD8218 典型工作特性 30 40 27 38 24 36 MAGNITUDE (dB) 21 32 30 28 15 12 9 6 26 3 –20 0 20 40 60 80 100 120 140 TEMPERATURE (°C) 0 09592-003 24 –40 18 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 09592-006 VOSI (µV) 34 1M 图6. 典型小信号带宽(VOUT = 200 mV p-p) 图3. 典型输入失调与温度的关系 10 140 9 130 8 TOTAL OUTPUT ERROR (%) 120 100 90 –40°C +25°C +125°C 80 70 6 5 4 3 2 1 0 –1 –2 –3 60 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) –5 09592-004 1000 0 5 800 450 700 400 600 INPUT BIAS CURRENT (µA) 500 350 300 250 200 –20 0 20 40 60 TEMPERATURE (°C) 80 40 45 50 +IN 500 400 300 200 100 150 100 –40 15 20 25 30 35 DIFFERENTIAL INPUT (mV) 图7. 总输出误差与差分输入电压的关系 100 120 0 09592-005 GAIN ERROR (ppm) 图4. 典型CMRR与频率的关系 10 09592-007 –4 50 100 –IN 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V) 图5. 典型增益误差与温度的关系 图8. 输入偏置电流与输入共模电压的关系 （差分输入电压 = 5 mV，VS = NC） Rev. A | Page 6 of 16 09592-008 CMRR (dB) 110 7 AD8218 500 INPUT 5mV/DIV 400 OUTPUT 350 100mV/DIV 300 –20 0 20 40 60 80 100 120 TEMPERATURE (°C) 1µs/DIV 09592-109 图9. 电源电流与温度的关系(VS = 5 V，VCM = 12 V) 图12. 下降时间(差分输入 = 10 mV) INPUT 100mV/DIV INPUT 5mV/DIV OUTPUT 2V/DIV 1µs/DIV 5µs/DIV 图10. 上升时间(差分输入 = 10 mV) 09592-012 100mV/DIV 09592-009 OUTPUT 图13. 下降时间(差分输入 = 200 mV) INPUT 200mV/DIV INPUT 100mV/DIV OUTPUT OUTPUT 2V/DIV 2V/DIV 5µs/DIV 5µs/DIV 图11. 上升时间(差分输入 = 200 mV) 图14. 差分过载恢复时间(上升) Rev. A | Page 7 of 16 09592-013 200 –40 09592-011 250 09592-010 SUPPLY CURRENT (µA) 450 AD8218 9.5 MAXIMUM OUTPUT SOURCE CURRENT (mA) INPUT 200mV/DIV OUTPUT 09592-014 2V/DIV 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 150 TEMPERATURE (°C) 图15. 差分过载恢复时间(下降) 图18. 最大输出源电流与温度的关系 5.010 81.0 80.5 80.0 –20 0 20 40 60 80 TEMPERATURE (°C) 100 120 4.980 4.970 4.960 4.950 4.940 4.930 4.920 4.910 4.900 09592-116 79.5 4.990 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 OUTPUT SOURCE CURRENT (mA) 图16. 内部基准电压与温度的关系(VS = 5 V， VS = NC，VCM = 12 V，引脚1(+IN)与引脚8(−IN)短接， 引脚3(ENB)短接至引脚4(GND) 图19. 输出电压摆幅与输出源电流的关系 12.0 250 OUTPUT VOLTAGE RANGE FROM GND (V) 11.5 11.0 10.5 10.0 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 –40 –30 –20 –10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 TEMPERATURE (°C) 200 150 100 50 0 09592-015 MAXIMUM OUTPUT SINK CURRENT (mA) 0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 OUTPUT SINK CURRENT (mA) 4.0 4.5 图20. GND输出电压范围与输出吸电流的关系 图17. 最大输出吸电流与温度的关系 Rev. A | Page 8 of 16 5.0 09592-018 REFERENCE RTO (mV) 81.5 5.000 09592-017 OUTPUT VOLTAGE SWING FROM RAIL (V) 82.0 79.0 –40 09592-016 140 130 110 120 90 100 80 70 60 50 40 30 20 0 10 –10 –20 –30 4.0 –40 5µs/DIV 9.0 AD8218 500 INPUT 400 COUNT 50V/DIV OUTPUT 300 200 1V/DIV 500ns/DIV 0 –4 09592-022 09592-019 100 –3 –2 –1 0 1 3 2 4 GAIN DRIFT (ppm/°C) 图21. 共模阶跃响应(上升) 图24. 增益漂移分布图 140 120 INPUT 50V/DIV 100 COUNT OUTPUT 1V/DIV 80 60 40 1µs/DIV 0 –0.6 09592-023 09592-020 20 –0.4 –0.2 0 0.2 0.4 0.6 OFFSET DRIFT (µV/°C) 图22. 共模阶跃响应(下降) 图25. 输入失调漂移分布图 180 250 150 200 COUNT 90 –100 0 100 0 200 09592-024 50 30 0 –200 150 100 60 09592-021 COUNT 120 –5 0 5 10 INTERNAL REF OFFSET DRIFT (µV/°C) VOSI (µV) 图23. 输入失调电压分布图 图26. 内部REF失调漂移失真，折合至输出端(RTO) Rev. A | Page 9 of 16 15 AD8218 工作原理 AD8218配置为差动放大器。传递函数为： 放大器内核 在典型应用中，AD8218放大由分流电阻中流过的负载电流 产生的小差分输入电压。AD8218能抑制高共模电压(最高 80 V)，提供以地为参考的缓冲输出。图27显示了AD8218 的简化电气原理图。 5V ILOAD VS ICHARGE V1 4V TO 80V –IN OUT (V) = (20 × VIN) + VREF GND AD8218能够精确放大输入差分信号，抑制高共模电压(4 V 至80 V)。 R1 主放大器采用新颖的零漂移架构，器件在整个温度范围内 能够非常稳定地工作。失调漂移典型值小于±100 nV/°C， 因此其精度和动态范围极佳。 OUT SHUNT +IN R2 LDO R3 ENB 输出箝位 REF GND VREF 图27. 简化原理图 09592-027 LOAD V2 电阻R4和R1的匹配精度为0.01%，阻值分别为1.5 MΩ和 75 kΩ；这意味着AD8218的输入到输出总增益为20 V/V。 V1与V2之间的压差表示分流电阻两端的压差，即VIN。因 此，AD8218的输入至输出变换函数为： CF R4 AD8218 OUT = ((R4/R1) × (V1 − V2)) + VREF 当应用中的输入共模电压高于5.2 V时，AD8218的内部LDO 输出也将达到最大值(5.2 V)，这是AD8218的最大输出电 压。在典型应用中，AD8218的输出端与转换器接口，可将 器件的输出电压箝位至5.2 V，确保ADC输入端不会因为过 压太大而受损。 Rev. A | Page 10 of 16 AD8218 应用须知 电源电压(VS)连接 使能引脚(ENB)操作 在典型应用中，AD8218放大由分流电阻中流过的负载电流 产生的小差分输入电压。AD8218能抑制高共模电压(最高 80 V)，提供以地为参考的缓冲输出。图27显示了AD8218 的简化电气原理图。 ILOAD 4V TO 80V ICHARGE SHUNT BATTERY LOAD +IN –IN VS REF 09592-028 ICHARGE ILOAD SHUNT VS REF OUT GND 在该配置中，当差分输入电压和引脚7(REF)处的电压均为 0 V时，内部基准电压(80 mV)激活，输出电压变为80 mV。 此内部基准电压在监控电流范围较大的单向电流测量中非 常有用。将输出起点设置为80 mV意味着当流经分流电阻 的负载电流为0 A时，输出电压达到80 mV。这样，可确保 克服因放大器的初始失调及输出饱和范围产生的输出误 差。在该模式下，AD8218的传递函数变为： OUT (V) = OUT (V) = (20 × VIN) + 0.08 V LOAD +IN –IN VS REF AD8218 ENB –IN 图30. 使能80 mV内部基准电压 如果引脚3接地，可使能内部基准源；这时，必须始终为 AD8218的传递函数增加80 mV。 2.5V OUT GND 09592-029 5V LOAD +IN OUT GND AD8218还能采用引脚2(VS)处的独立低阻抗电源供电；但 该电压被限制在4 V至5.5 V范围内。在采用5V电源供电且 高电压总线容易受到噪声、瞬变电流和高电压波动影响的 应用中，AD8218可在图29所描绘的模式下运行。 CF SHUNT ENB 2.5V 图28. 器件在无VS 的情况下工作 4V TO 80V 4V TO 80V AD8218 AD8218 ENB BATTERY ILOAD 09592-030 BATTERY AD8218的内部基准电压可通过将引脚3(ENB)接地来实 现。此操作模式如图30所示。 图29. 5 V电源工作 Rev. A | Page 11 of 16 AD8218 应用信息 在单向高端电流检测配置中，分流电阻以电池为参考(见图 31)。电流检测放大器的输入端存在高压。当分流电阻以电 池为参考时，AD8218产生线性的参考模拟输出。AD8218 的电源引脚(VS)既可与一个5 V电源相连，又可以被置于悬 空状态(见“电源(VS)连接”部分)。 V2 LOAD V1 R1 –IN OUT SHUNT +IN R2 BATTERY (4V TO 80V) ENB V2 V1 09592-033 图33. 采用2.5 V基准电压输入的双向操作 OUT SHUNT +IN R2 BATTERY (4V TO 80V) ENB GND 2.5V R1 –IN R3 LDO REF R4 AD8218 R4 AD8218 VS ILOAD LOAD VS ILOAD 单向高端电流检测 LDO R3 采用2.5V基准电压输入时，双向操作的输出传输函数曲线 如图34所示。 5.0 09592-031 GND 图 31. ENB引脚接地的单向操作 当ENB接地时，单向操作的输出传输函数曲线如图32所 示。 320 280 4.5 4.0 OUTPUT VOLTAGE (V) REF 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 0 –0.15 –0.10 –0.05 160 0.05 0.10 0.15 图34. 采用2.5V基准电压输入时的传递函数 120 电机控制电流检测 80 0 1 2 3 4 5 6 7 8 INPUT VOLTAGE (mV) 9 10 09592-032 40 0 0 INPUT VOLTAGE (V) 09592-034 0.5 200 对于电机控制应用，AD8218是一款实用、精确的高端电流 检测解决方案。当分流电阻以电池为参考并且电流双向流 动时(如图35所示)，AD8218无需其它电源引脚就能监控电 流。 图32. ENB接地时的输出传递函数 BATTERY 双向高端电流检测 向引脚7(REF)施加电压，可偏移AD8218输出，从而允许双 向电流检测。从REF引脚到输出的传递函数为1 V/V。例 如，2.5 V REF输入可将AD8218输出偏移至2.5V。典型连接 如图33所示。用户必须确保向引脚7(REF)施加的电压来自 低阻抗电源。 IMOTOR +IN –IN VS REF AD8218 ENB MOTOR VREF OUT GND 图35. 电机控制中的高端电流检测 Rev. A | Page 12 of 16 09592-035 OUTPUT VOLTAGE (mV) 1.0 240 AD8218 外形尺寸 3.20 3.00 2.80 3.20 3.00 2.80 8 1 5.15 4.90 4.65 5 4 PIN 1 IDENTIFIER 0.65 BSC 0.95 0.85 0.75 15° MAX 1.10 MAX 0.40 0.25 6° 0° 0.23 0.09 COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-187-AA 0.80 0.55 0.40 10-07-2009-B 0.15 0.05 COPLANARITY 0.10 图36. 8引脚超小型封装[MSOP] (RM-8) 图示尺寸单位：mm 订购指南 型号 1 AD8218BRMZ AD8218BRMZ-RL 1 温度范围 −40°C 至 +125°C −40°C 至 +125°C 封装描述 8引脚超小型封装[MSOP] 8引脚超小型封装[MSOP] Z = 符合RoHS标准的器件。 . Rev. A | Page 13 of 16 封装选项 RM-8 RM-8 标识 Y3K Y3K AD8218 注释 Rev. A | Page 14 of 16 AD8218 注释 Rev. A | Page 15 of 16 AD8218 注释 ©2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D09592sc-0-6/11(A) Rev. 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