計装アンプのゲインが非線形になるのはなぜですか？

マイクロ燃料電池の酸素センサーを使用してガスストリームの酸素含有量を測定する回路のプリアンプとして、AD8226計装アンプを使用しています。プリアンプは、5 V電源のシングルエンド電源モードで構成されています。ゲイン抵抗器は、ゲインが〜80になるように選択されました。

計装アンプの出力は、アクティブローパスフィルターを介してマイクロコントローラーのADCに渡されますが、これが問題に関連しているとは思いません。ここで説明することはすべて、プリアンプ出力（図のO2_PREノード）をフローティングにしてマルチメーターにのみ接続して行われました。

センサーを使用してこの回路をテストしたところ、ゲインが低下する特定のポイントまで（このポイントは約20mV入力/1.6V出力で）、ゲインが適切で線形であることがわかりました。

センサーの問題を排除するために、センサーを固定抵抗器とマルチターンリニアポットで構成される分圧器に置き換えました。

抵抗ネットワークを使用して、同じ問題を確認しました（inamp出力のプロットについては、さらに下を参照してください）。

ベッチトップ電源をVCCとして使用して、AD8226まで直接配線した周辺回路の問題をさらに排除するために。ここに見られる回路を与える：

これは、このプロットに見られるのと同じ動作を示しました。

（「メインボード」は、分圧器を使用して元の回路を駆動したときの出力を指します。「ブレッドボード」のゲインは、630Rゲイン抵抗を使用したため、わずかに低くなります）

AD8226のデータシートでは、シングルエンドモードでの出力電圧振幅0.1 V〜+ VS-0.1 Vを規定しています。高品質のマルチメーター（つまり、高インピーダンス）への出力を測定していますが、20 Kの負荷抵抗を追加したときに同じ結果が観察されました。複数のAD8226デバイスで結果を繰り返しました。

私が出力制限内にとどまっているように見える場合、ゲインが約20 mVの差動入力を超えて落ちる理由を誰かが説明できますか？

コモンモード電圧違反の可能性が高いです。データシートの図15を参照してください。残念ながら、これは単一電源の制限を提供するものではありませんが、コモンモードと出力電圧の制限が連動していることを示しています。

問題を解決する可能性のあるアクション：

• デュアル電源を使用してください。
• 入力を地面から持ち上げます。
• 低いゲイン設定を使用します。

編集：

Dave Tweedが指摘したように、データシートには、単一電源のコモンモードおよび出力電圧範囲に関する情報が含まれています。データシートの10ページの図13を参照してください（ケースは青い三角形の領域です）。コモンモード入力は実質的に接地されているため、出力が約0.7 Vを超えるとすぐに制限を超え、デバイスは仕様どおりに動作しなくなります。これは、Vrefを2.5 Vに変更しても発生します。グランドのコモンモード入力電圧が無効になるための出力制限は3.2 Vになります。