Разработка комплекта аналоговых микросхем для обработки сигналов высокоомных датчиков

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.