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ZHCSWO1C May 2004 – December 2025 LOG114

PRODUCTION DATA

封装选项

机械数据 (封装 | 引脚)

RGV|16
- MPQF121F

散热焊盘机械数据 (封装 | 引脚)

RGV|16
- QFND107G

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7.2.2 单电源配置的设计示例

在给定以下条件的情况下：

表 7-2 单电源参数的设计参数示例

参数	示例值
正电源电压	5V
负电源电压	0V
输入信号	100pA 至 10mA
基准电压	2.5V
输出电压	0.5V 至 2.5V

选择 I₁ 或 I₂ 作为信号输入引脚。本示例使用 I₂。选择 I₁作为参考电流会使运算放大器 A₄ 周围的电阻器网络更简单。（注意：电流仅流入 I₁和 I₂引脚。）
选择参考电流的大小。由于信号 (I₂) 跨越八个数量级，因此将 I₁设置为 1μA，即比 I₂ 最小值高四个数量级，比 I₂ 最大值低四个数量级。（请注意，该值不一定要设置在中间。如果 I₂ 跨越七个数量级，则 I₁可以设置为比最小值高三个数量级，比 I₂ 最大低四个数量级。）这种配置会在负向产生更大的摆幅幅度，当电流信号减小时，能提供更高的灵敏度 (Δ V_O4/ΔI₂)。
使用方程式 1 计算 V_LOGOUT 处对数输出的预期范围：
方程式 22. $For I_{2} = 10 m A : V_{L O G O U T} = 0.375 \times \log (\frac{1 μ A}{10 m A}) = - 1.5 V For I_{2} = 100 p A : V_{L O G O U T} = 0.375 \times \log (\frac{1 μ A}{100 p A}) = 1.5 V$
因此，放大器 A₃ 输出端的预期电压范围为：
方程式 23. $- 1.5 V \leq V_{L O G O U T} \leq 1.5 V$
这个结果在双电源系统（V+ = 5V，V− = −5V）中是可以接受的，因为在这种系统中输出可以摆动到地电位以下，但这个结果在 5V 单电源系统中不适用。因此，必须向系统添加失调电压。
选择一个失调电压 V_COM，让输出居中位于 (V−)+ 0.6V 和 (V+)−0.6V 之间，此区间为 A₃放大器的满量程输出能力范围。选择 V_COM = 2.5V，并使用方程式 2 重新计算 V_LOGOUT 的预期电压输出范围，结果为：
方程式 24. $1 V \leq V_{L O G O U T} \leq 4 V$
A₄ 放大器缩放和偏移 V_LOGOUT 信号以供 ADC 使用，公式如下：
方程式 25. $V_{O 4} = - G_{A_{4}} \times V_{L O G O U T} + V_{O F F S E T}$
A₄ 放大器的额定输出摆幅范围为 (V−) +0.5V 至 (V+) − 0.5V。
因此，选择最终的 A₄ 输出：
方程式 26. $0.5 V \leq V_{O 4} \leq 2.5 V$
此输出使得 3V 的 V_LOGOUT 范围对应 2V 的输出范围，因此 A₄ 需要 2/3 的增益。
当 I₂ = 10mA 时，V_LOGOUT = 1V 且 V_O4 = 2.5V。使用步骤 5 中的方程式 25：
方程式 27. $2.5 V = \frac{- 2 V}{3 V} \times (1 V) + V_{O F F S E T}$
因此，V_OFFSET = 3.17V
V_O4 =−2/3 (V_LOGOUT)+ 3.17的 A₄放大器配置如图 7-10 中所示。
整体传递函数为：
方程式 28. $V_{O 4} = - 0.25 \times \log (\frac{I_{1}}{I_{2}}) + 1.5 V$
A. 在单电源配置中，V_{CM IN} 必须连接至 ≥ 1V。
B. 光电二极管的阴极返回到 V_REF，从而使光电二极管两端出现零偏置。阴极可以返回到比 V_{CM IN} 更正的电压，以产生反向偏置，从而减少光电二极管电容，提高速度。
图 7-9 超过八个数量级测量值的单电源配置示例

可以使用类似的过程来配置外部轨到轨输出运算放大器，例如 OPA383。OPA383 运算放大器可以向下摆动至接近 0V（有关详细信息，请参阅 OPA383 数据表），因此比例因子可近似取为 2.5/3，相应的 V_OFFSET 为 1.24V。图 7-10 显示了这种电路配置。

图 7-10 用于对转至 ADC 级的输出进行缩放和偏移的运算放大器配置