仪表放大器芯片FX620高温下输出振荡故障分析及解决措施.pdfVIP

仪表放大器芯片FX620高温下输出振荡

故障分析及解决措施

摘要：仪表放大器是精密增益模块，广泛应用于许多工业、测量、数据采集

和医疗应用。本文针对FX620仪表放大器芯片在高温下出现振荡现象，利用返回

比分析方法对电路的增益裕度和相位裕度进行分析，最终通过仿真计算得到在出

现故障的应用电路中常温相位裕度小于45°相位裕度标准，环路处于欠稳定状态。

在温度发生变化时对运放的增益和相位产生了一定影响，导致出现了输出振荡现

象。针对这一故障原因提出了增加输出端隔离电阻阻值的解决措施，完善了电路

设计上的缺陷。改进后的环路相位裕度值增加使得环路稳定性增加，环路有足够

的冗余来补偿温度变化带来的影响。

关键词：仪表放大器；增益裕度；相位裕度；输出振荡；故障分析；

中图分类号：V文献标识码：B

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0引言

FX620仪表放大器芯片是一项在不同领域广泛应用的重要技术。这一芯片的

独特之处在于它能够放大两个输入信号电压之间的差值，同时抑制两个输入端共

有的任何信号。这种差分输入和输出的设计赋予了它出色的性能和应用灵活性。

在实际应用中，FX620的差分输入特性使其成为处理来自传感器或其他信号源的

数据时的理想选择。它能够有效地消除共模噪声，这在高噪声环境下尤为重要。

这意味着即使信号中存在大量噪声，FX620仍能提供稳定的放大，从而维持了直

流精度和增益精度。这对于要求高度精确性的领域，如医疗设备、电机控制、工

业自动化和航空航天，尤为关键。在医疗领域，FX620芯片可用于生命体征监测

设备，如心电图仪或血压计，以确保从患者身体获取的数据准确无误。在工业应

用中，它可以用于监测和控制生产过程中的传感器信号，提高产品质量和生产效

率。而在航空航天领域，FX620有助于飞行器中的数据处理和控制系统，确保航

行中的精确性和安全性。

FX620仪表放大器芯片的出色性能和适用性，使其在多个领域中都发挥着重

要作用。其能够提高信号处理的精确性，抑制噪声，增强系统的性能，从而在各

种应用中为用户提供了可靠的解决方案。

1FX620仪表放大电路原理

FX620是一款经过传统三运算放大器技术演进而来的仪表放大器芯片，它在

电路设计和性能方面具有许多令人印象深刻的特点。该芯片的原理示意图如图1

所示，其中包括精心设计的输入端电路，宽电源范围，紧凑的设计体积和低功耗，

使其成为许多低电压和低功耗应用场合的理想选择。

FX620的广泛电源范围（±2.3V至±18V）是其一个重要亮点。这意味着它

可以在各种电源条件下可靠工作，从电池供电的便携设备到工业自动化系统中的

高电压电源。这种灵活性使得FX620适用于多种应用，并且可以降低用户的电源

设计成本，同时提供更多的电源选项。

此外，FX620采用了高度紧凑的设计，功耗非常低，最大供电电流仅为

1.3mA。这使得它在那些对电池寿命敏感或需要长时间运行的应用中非常有吸引

力，如便携医疗设备、传感器节点、便携式电子设备等。低功耗设计还有助于减

少系统热量产生，延长元件寿命，并降低系统散热需求。

为了确保高精度的增益控制，FX620采用了精心设计的输入端电路。它引入

了差分双极输入，允许输入信号以一种更准确的方式传递到内部运放。通过β

工艺，芯片能够获得更低的输入偏置电流，从而降低了输入信号的扭曲程度。此

外，内部运放通过反馈机制保持输入三极管的集电极电流恒定，并将输入电压应

用到外部增益控制电阻RG上，从而确保了在不同增益设置下的稳定性和精度。

图1FX620原理示意图

2问题分析

2.1FX620应用电路分析

FX620在高温下出现输出振荡现象的应用电路图如图2所示,由仿真结果可知

该应用电路中，10Ω隔离电阻驱动5.1nF电容的情况下，其常温相位裕度为

30.79°，小于45°相位裕度标准要求，该电路的相位裕度相对偏低，一般情况

不会出现振荡现象，但仍存在个别偶发振荡的情况。

图2用户应用电路开环增益-相位曲线仿真电路图

自从1927年HaroldS.Black提出负反馈的概念以来，负反馈已经成为电

子学和控制科学，以及其他应用科学(例如生物系统建模)的基础。如果将负反馈

加在具有非常高增益的放大器(例如运算放大器)上，负反馈的优点尤其令人吃惊。

然而，负反馈的引入也是要付出代价的：可能出现振荡状态。一般来说