Разработка комплекта аналоговых микросхем для обработки сигналов высокоомных датчиков
Loading...
Files
item.page.doi
Authors
item.page.other-contributor
item.page.advisors
item.page.editors
Date
Publisher
item.page.issn
item.page.isbn
item.page.depon
item.page.diss
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
item.page.title-alternative
Design of a Set of Analog Microcircuits for Processing Signals from High-Resistance Sensors
Abstract
В различных областях приборостроения необходима регистрация токов менее 10-12А или обработка сигналов датчиков, внутреннее сопротивление которых превышает сотни мегаом. Для указанных задач преимущественно применяют операционные усилители с входными полевыми транзисторами, управляемыми p-n-переходом и каналом n-типа (n-ПТУП). Однако, существует ряд ёмкостных датчиков с выходным сигналом в виде короткого токового импульса, для преобразования которого в напряжение используют зарядочувствительные усилители. Целью работы являлась разработка на базовом кристалле аналоговых микросхем с входным n-ПТУП, обеспечивающих обработку сигналов различных высокоомных датчиков. В статье приведены электрические схемы разработанных операционных и зарядочувствительных усилителей, рассмотрены их конструктивно схемотехнические особенности, проанализированы результаты схемотехнического моделирования, сформулированы рекомендации по выбору режима работы входного n-ПТУП зарядочувствительных усилителей для минимизации длительности фронта нарастания и уровня шумов с учётом сохранения работоспособности в диапазоне температур. В результате проведённых работ разработаны электрические схемы и топология на базовом кристалле комплекта микросхем с входным n-ПТУП, включающим операционный усилитель NJAmp1 с параметрами близкими к AD8625, маломощный операционный усилитель NJAmp2 для реализации повторителя напряжения подобного AD8244, ОУ NJAmp4 с входным током менее 5∙10-13 А и зарядочувствительный усилитель, допускающий регулировку тока стока входного n-ПТУП. Соединения разработанных устройств по типовой схеме инструментального усилителя на трёх операционных усилителях позволяют получить функциональный аналог микросхемы AD8220.
item.page.description-other
In various areas of instrument engineering, it is necessary to register currents less than 10-12А or process signals from sensors whose internal resistance exceeds hundreds of megaohms. For these tasks, operational amplifiers with input junction field-effect transistors and an n-type channel (n-JFET) are predominantly used. However, there are a number of sensors whose output signal is a short current pulse, for the conversion of which into voltage, charge-sensitive amplifiers are used. The aim of the work was to develop a set of analog microcircuits with an input n-JFET on a master chip, ensuring the processing of signals from various high-resistance sensors. The article presents the electrical circuits of the developed operational amplifiers and charge-sensitive amplifiers, considers their design and circuit features, analyzes the results of circuit simulation, and formulates recommendations for selecting the operating mode of the charge-sensitive amplifier input n-JFET to minimize the rise time and noise level, taking into account operability in the temperature range. As a result of the work carried out, electrical circuits and layout were developed for the master chip of a set of microcircuits with an input n-JFET was created, including the NJAmp1 operational amplifier with parameters close to the AD8625, a low-power NJAmp2 operational amplifier for implementing a voltage follower similar to the AD8244, the NJAmp4 operational amplifier with an input current of less than 5·10-13 А, and a charge-sensitive amplifier allowing adjustment of the drain current of the input n-JFET. Connections of the developed devices according to a typical circuit of an instrumentation amplifier on three operational amplifiers make it possible to obtain a functional analogue of the AD8220 microcircuit.
Description
Citation
Дворников, O. В. Разработка комплекта аналоговых микросхем для обработки сигналов высокоомных датчиков = Design of a Set of Analog Microcircuits for Processing Signals from High-Resistance Sensors / O. В. Дворников, В. А. Чеховский // Приборы и методы измерений. – 2025. – № 4. – С. 333-343.