INA163 als Vorverstärker

Moin.

Ich möchte mir mehrere Tastspitzen mit differentiellen Vorverstärker bauen. Dabei geht es um eher langsame, dafür sehr kleine Signale. Für die Schaltung denke ich an einen fertig integrierten Instrumentenverstärker.

Beim Blättern durch diverse Datenblätter bin ich auf den INA163 gestoßen. Die Komination von 125 dB CMR, 1 nV/sqrt(Hz)@1kHz Eingangsrauschen mit

800kHz Bandbreite klingt fast zu gut, um wahr zu sein. Jedenfalls hebt sie sich deutlich von den anderen INA***, AD6**, oder LT1167 ab. Habe ich vielleicht eine Schwäche übersehen, mit der die gutewn Werte erkauft wurden? Vielleicht besondere Ansprüche an die Signalquelle?

Für noch bessere Alternativen, bin ich natürlich auch offen...

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Kai-Martin Knaak
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Kai-Martin Knaak
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Die Quelle sollte hinreichend niederohmig sein:

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Uwe Bonnes                bon@elektron.ikp.physik.tu-darmstadt.de

Institut fuer Kernphysik  Schlossgartenstrasse 9  64289 Darmstadt
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Uwe Bonnes

Danke für den ausdrücklichen Hinweis. Ich hatte ja geahnt, dass es nicht der IC zur Lösung aller Messprobleme ist ;-) Dann bekommt das Layout eben zwei alternativ zu bestückende Varianten. Dann kann ich ausprobieren, was sich im konkreten Fall als besser erweist.

Der spezielle Anlass für den Vorverstärker ist eine Rauschmessung unserer Stromtreiber für Laserdioden. Das sollte gut niederohmig sein.

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Kai-Martin Knaak
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Kai-Martin Knaak

Uwe hatte es ja schon auf den Punkt gebracht, nur ist der INA163 selbst bei 10k wohl nicht mehr so dolle. Zitat "Its 1nV/rtHz voltage noise delivers near theoretical noise performance with a source impedance of

200ohms."

Man koennte ueberlegen, ob je ein Folger vor den Eingaengen ginge. Koenntest Du auch Iso-Amps verwenden, wo Mess- und Abnahmeseite galvanisch getrennt sind? Konkrete Tips mit Erfahrungen fuer integrierte Versionen haette ich nicht, da ich die aus Kostengruenden immer selbst entwickelt habe. Mit Ferritkernen und so. Aber AD hat wohl etliche fertig zum Einloeten, Knack- und Back-Packung sozusagen. Kostet halt.

Bei Selbstbau gaebe es auch noch andere Loesungen: Spannung notfalls mit Ferritkern, LAN-Uebertrager, oder was sonst so rumfliegt auf die Eingangsseite bringen, dann einen Optokoppler mit zwei Phototransistoren drin setzen, davon eine in den FB Zeig auf der Eingangsseite und schon hat man auf dem zweiten 1:1 oder 1:definiert das Messignal anliegen.

Isoliert haette das den Vorteil, dass auch hohe Potnzialunterschiede kein fatz ... *PENG* verursachen. Falls mal Physiker drangehen ...

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Ich benutze fuer so etwas gerne den INA128U. Der hat eine bessere CMR, geringere Drift und geringere Offsetsspannungen und einen geringeren Biasstrom und eine hoehere Bandbreite. Er rauscht allerdings mehr als der INA163, wie wichtig das fuer deine Anwendung ist, kannst nur du beurteilen. Wichtig ist unter allen Umstaenden die richtige Eingangsbeschaltung (return Pfad fuer die Biasstroeme und HF Filter). Und genau auf den erlaubten common mode Bereich achten. Der ist bei Instrumentenverstaerken sehr viel kleiner als man von OPs gewoehnt ist.

Gruss Klaus

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Klaus Bahner

Bei Einsatz von Verstaerkern in nicht-CMOS Technik empfiehlt es sich auch darauf zu achten, dass Leute in der Naehe keine eingeschalteten Handys tragen. Stummschaltung reicht nicht ;-)

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Ja, diesen Punkt hatte ich noch nicht richtig auf dem Schirm, als ich das OP schrieb. Die Anwendung, für die ich wirklich an die Rauschgrenze muss/will ist allerdings ziemlich niederohmig: Es sind unsere Diodenstromtreiber. Der differentielle Widerstand so einer IR-Diode ist eher im zweistelligen Bereich.

Als Zukunftsperspektive für hochohmige Lasten (und um zu testen, ob ich tatsächlich am Rauschlimit der ICs kratze), sehe ich im Layout alternativ einen LT1167 vor.

Wenn ich Dich richtig verstehe, wäre dann sowas wie ein selbstgestrickter Istumentenverstärker. Nen Vorurteil wäre, dass das erstmal nur schlechter werden kann als die fertig integrierten Bauteile.

Eher nicht, denn es geht gerade um die niedrigen Frequenzen von 5 Hz aufwärts. Eine realistische Auflösung des 50 Hz Restgebirges ist Pflicht.

Und das ansatzweise eine Chance bei CMR und Rauscharmut mit den INAs mitzuhalten? CMR glaube ich wegen galvanischer Trennung vielleicht noch. Aber Rauschen?

Besser gebratenes Silizium im Testverstärker als hinterher eine gegrillte Laserdiode.

Alle meine Schaltungen müssen mindestens einen Physiker aushalten...;-)

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Kai-Martin Knaak
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Kai-Martin Knaak

Bei niederohmiger Quelle schon, und man muss drueber gegenkoppeln oder Matched Pair besorgen. Aber hier kannst Du das ja vermeiden.

Nu ja, das muessen wir in der Medizin auch, bis fast DC runter. Unter

0.5Hz ist allerdings ziemlich sicher ein Zeichen dafuer, dass es dem Patienten nicht mehr so gut geht ;-)

Das wird so gut wie der Verstaerker, den Du ganz vorn spendiert hast. Der verstaerkt einige zig dB und erst damit geht es ueber die Strecke. Die Strecke selbst ist dann beinahe egal, ausser bei uns wo diverse Behoerden bewiesen haben wollen dass die 5kV oder was immer abkann.

Sowohl bei Ferritkern wie auch bei Optopkopplern geht das ab DC. Beim Ferritkern, indem das ganze pulsmoduliert und hinterher synchron gleichgreichtet wird. Hoert sich komplizierter an als es ist, ich nehme dabei oft ganz profan das Rechteck der Iso-Versorgung als Takt. Dann gibt es noch V/F Wandlung und solche Spaesse. Viele Wege fuehren nach Rom :-)

Ja, aber wenn der Verstaerker nicht haelt, die Anlage denkt da ist noch nicht genug Strom, etwas nachschiebt ...

Auch Doktoranden?

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Gruesse, Joerg

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Joerg

^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ Danke für den Hinweis. Das hätte ich sost vermutlich auf die harte Tour lernen müssen. Also je einen mittelgroßen Widerstand zu der Masse auf dei sich die Versorgung bezieht. Wobei bei einem niederohmigen Signal eigentlich auch ein Widerstand reichen müsste, weil der Bias-Strom vom anderen Eingang dann eben durch die Last fließt. Oder verstehe ich das falsch?

Dafür dachte ich an jeweils eine unverbindliche Induktivität in Reihe mit den Eingängen.

Ah. Daran hatte ich auch noch nicht gedacht.

Bei der Rauschmessung an den Stromtreibern wird das kein Problem sein. Da brauche ich die Differenzmessung hauptsächlich wegen ansonsten alles dominierendem Radioempfang über eine gemeinsame Masse.

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Kai-Martin Knaak
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Kai-Martin Knaak

Kurz von den Pins dann je eine SMT Ferritperle, plus ein Kondensatoerchen 100pF oder so von IN+ nach IN-. Falls doch mal jemand sein Handy nicht ausgemacht hat.

Schirmblech duerfte auch angesagt sein, aber mittlerweile kann man die ja backfertig bei Digikey bekommen, nur noch umbiegen.

Das waere u.U. eine separate Untersuchung wert. Radioempfang ueber Masse ist nicht normal, es sei denn das ist eine riesige Anlage. Kann mich auch nicht an grosse MW-Sender in Hannover erinnern.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Hi Jörg,

das ist aber jetzt Unsinn. Um einen Puls von unter 30 detektiren zu können reicht eine Bandbreite zwischen 30 Hz und 70 Hz locker. Was da zählt ist der QRS-Komplex und der ist quasi unabhängig von der Herzrate. Die untere Grenzfrequenz braucht man zur Auswertung flachen Zwischenstücke der ST-Steigung bzw -Senkung... Liegt die untere Grenzfrequenz zu hoch, ist die ST immer flach.

Marte

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Marte Schwarz

Zum einen muessen die flachen Zwischenstuecke ausgewertet werden. Uns Ingenieuren steht nicht zu, den Mediziner zu sagen dass sie das nicht brauchen ;-)

Zum anderen muessen auch andere Sachen uebertragen werden wie etwa Doppler und lokale Blutdruckwerte. Mit einer Bandbreite von 30-70Hz gewinnst Du in diesem Bereich der Medizinelektronik keinen Blumenpott.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Hi Jörg,

Les noch einmal genau, was Du geschrieben hattest und was ich Dir darauf geantwortet hatte...

Solche Diskussionen (auch in entgegengesetzter Richtung) hab ich schon oft geführt. Du glaubst nicht welcher Unfug bei Medizinern in Puncto Spannung/Strom/Energie... im Umlauf ist. Aber man muss dann gute Physiologiekenntnisse mitbringen, um auf Augenhöhe diskutieren zu können.

hab ich auch nie behauptet. Im (implantierten) Schrittmacher wird aber tatsächlich nicht mehr an Bandbreite mitgenommen, zumindest, wenn man sich fürs EKG interessiert

Marte

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Marte Schwarz

Kai-Martin Knaak schrieb:

In der Regel jein. Die fertigen Bausteine sind eben fertige Bausteine, die man nicht mehr weiter konfigurieren kann. Sie bestehen aus Eingangsstufe und Ausgangsstufe. Letztere hat idR viel schlechtere Rauschwerte, typischerweise

30-100 nV/sqrt(Hz). Die macht dann die Rauschwerte bei tiefer gewählter Verstärkung kaputt. Auch sind die Rauschwerte bei ganz tiefen Frequenzen bei fertigen InAmps oft schlechter als bei sehr guten Opamps oder Transistorpaaren. Beim INA163 und Gain=10 bei 1 Hz hat man dann plötzlich 50-100 nV/sqrt(Hz). Bei Selbstbau kann man IMHO besser was geeigneteres an das Problem herandesignen. Wird aber aufwändig, knifflig, teuer usw. Siehe z.B. die Beispielschaltung im Datenblatt des MAT-04.
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mfg Rolf Bombach
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Rolf Bombach

Aufwendig schon, aber wenn man einmal ein Design stehen hat dann kann man das meist mit leichten Aenderungen wieder und wieder verwenden fuer andere Anlagen. Hier kloppt sich gerade jemand seit fast einem Monat mit einem zickigen HF Chip rum. Ich hatte denen damals schon gesagt sie sollten das diskret machen. Kann sein dass sie es jetzt diskret machen :-)

Der diplomatische Consulent wird sich natuerlich hueten zu sagen "I told you so" oder sueffisant dreinzugucken.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

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