Eingebettete Systeme in der Elektronik-Industrie

PRODUKTINNOVATION

National Semiconductor - Zero-Drift-Operationsverstärker

Zero-Drift-Verstärker durchbrechen die Rausch-Grenze

Die beiden neuen Zero-Drift-Operationsverstärker LMP2021 und LMP2022 von National Semiconductor bieten ein industrieweit unerreicht niedriges Spannungsrauschen von 11 nV/µHz bei einer Verstärkung von 1.000 V/V sowie eine hohe DC-Genauigkeit. Sie eignen sich deshalb besonders für den Einsatz in Sensorinterface-Applikationen, die mit niedrigen Frequenzen und geringen Betriebsspannungen arbeiten. Mit den neuen Bauelementen können die Vorteile von Zero-Drift-Verstärkern erstmals in Anwendungen genutzt werden, die nach hoher Verstärkung und geringem Rauschen unter 15 nV/µHz verlangen.

Zu den typischen Sensorinterface-Applikationen für die Präzisions-OpAmps LMP2021 (Single) und LMP2022 (Dual) gehören beispielsweise Kraftmessdosen sowie Druck und Kraftaufnehmer in industriellen Systemen, Waagen für wissenschaftliche Anwendungen, Medizintechnik und Mess-Equipment sowie Systeme im Bereich der Heizungs , Lüftungs und Klimatechnik. Beide neuen Bausteine werden durch das von National vor kurzem vorgestellte Tool WEBENCH® Sensor Designer unterstützt. Dieses Online-Designtool verkürzt die Entwicklungszeit und trägt zur Vereinfachung des Designs bei, denn es leitet den Ingenieur mit wenigen Tastendrücken durch die Konfiguration eines kompletten Sensor-Signalpfads – vom Konzept über die Simulation bis hin zum Prototyping.

Die Zero-Drift-Verstärker von National verwenden eine bahnbrechende Noise-Shaping-Technologie, die durch eine ständig wirksame Korrekturschaltung jeglichen Nullpunktfehler am Eingang kompensiert. Dies sorgt für kontinuierlich hohe Genauigkeit sowohl über die Zeit als auch über den Temperaturbereich, begleitet von einer hohen Gleichtaktunterdrückung (Common-Mode Rejection Ratio – CMRR) und einem hohen PSRR-Wert (Power-Supply Rejection Ratio; im Deutschen auch als Versorgungsspannungsdurchgriff bezeichnet). Wenn beispielsweise Eingangssignale geringer Amplitude mit hohem Verstärkungsfaktor verstärkt werden, verringert sich das bei einer Verstärkung von 100 V/V gemessene Eingangs-Spannungsrauschen von typisch 15 nV/?Hz auf nur mehr 11 nV/?Hz bei einer Verstärkung von 1.000 V/V. Dieser wichtige Parameter ist damit um 50 % besser als beim nächstplatzierten Konkurrenzprodukt. Hinzu kommt, dass diese Operationsverstärker den unerwünschten 1/f-Spannungsfehler in Niederfrequenz-Applikationen beseitigen.

LMP2021 und LMP2022 sind mit integrierten EMI-Filtern ausgestattet und ergänzen damit die kürzlich vorgestellten EMI-geschützten OpAmp-Familien LMV83x, LMV85x und LMV86x. Die Versionen LMP2021/22 bringen es auf eine EMI-Unterdrückung (EMI Rejection Ratio - EMIRR) von 79 dB und können Hochfrequenz-Störungen externer Quellen somit ausfiltern. Darüber hinaus unterstützen die Operationsverstärker 24-Bit-Datenerfassungssysteme und eignen sich optimal zum Ansteuern des neuen 16-Bit-A/D-Wandlers ADC161S626 von National, der im Temperaturbereich von 40 °C bis +85 °C eine Signalgenauigkeit von ±0,003 % erreicht. Um ein Optimum an Empfindlichkeit zu erzielen, bevorzugen es die Designer hochauflösender Datenerfassungs-Systeme, das Ausgangssignal des Sensors auf den vollen Eingangsbereich des ADC zu skalieren.

Wichtige Eigenschaften der Zero-Drift-Präzisionsverstärker LMP2021/22
Die rauscharmen und EMI-festen Zero-Drift-Operationsverstärker LMP2021 (Single) und LMP2022 (Dual) weisen einen Temperaturkoeffizienten der Eingangs-Offsetspannung (TCVos) von nur 0,004 µV/°C auf, bei einem typischen Vos-Wert von 0,4 µV. Beide Bausteine sind für einen Betriebsspannungsbereich von 2,2 V bis 5,5 V ausgelegt. Sie erreichen ein Verstärkungs-Bandbreitenprodukt von 5 MHz und nehmen dabei nur 1,1 mA pro Kanal auf. Die Operationsverstärker LMP2021/22 weisen eine Leerlaufverstärkung (AVOL) von 160 dB, einen CMRR-Wert von über 139 dB sowie einen PSRR-Wert von mehr als 130 dB auf und können innerhalb des erweiterten Temperaturbereiches von 40 bis +125 °C eingesetzt werden. Während der LMP2021 im 5-Pin-SOT23-Gehäuse und als SOIC-8-Version angeboten wird, gibt es den LMP2022 als SOIC oder MSOP-Ausführung mit jeweils 8 Pins.