简单的分立SE至差分精密仪表放大器威廉希尔官方网站

作者：Chau Tran and Jordyn Rombola

在许多应用中，ADC需要在存在大共模信号的情况下处理小差分输入信号。传统的仪表放大器（仪表放大器）由于其单端输出和有限的共模范围，在这些应用中并不常用。为了利用其高性能和低成本的优势，可以设计一个简单的威廉希尔官方网站 ，将其单端输出转换为差分输出，并改善其输入共模范围以适合这些应用。有许多低成本仪表放大器具有带宽、直流精度和低功耗，可以满足所有系统要求。使用仪表放大器的另一个优点是，用户不必构建自己的差分放大器，这需要许多昂贵的分立元件。本文介绍了一种构建和优化低成本仪表放大器性能的简单方法。此外，该解决方案在成本和性能方面与单片仪表放大器相比具有竞争力。

图1详细介绍了所建议的精密系统设计，允许用户在存在高共模电压的情况下测量差分信号。该威廉希尔官方网站 包括一个输入缓冲器、一个ADC驱动器和一个基准电压源。缓冲器驱动仪表放大器的基准引脚，并将单端输出转换为差分输出。有一个非常高的输入共模电压范围。它可以处理高达 ±270 V（使用 ±15 V 电源）的共模电压，几乎是电源上方和下方的 20 倍，这对于电机控制应用至关重要。此外，其输入受到高达 ±500 V 的共模或差模瞬变保护。

图1.单端输入差分输出放大器。

对于此应用，使用±5 V电源，因此输入电压的共模范围为±80 V。

差分输出由以下公式定义：

共模输出由下式设置：

本威廉希尔官方网站 的优点是直流差分精度取决于差动放大器AD629和仪表放大器AD8421，而不是运算放大器或外部10 kΩ电阻。此外，该威廉希尔官方网站 还利用了仪表放大器相对于基准电压对其输出电压的精确控制。虽然运算放大器的直流性能和电阻匹配会影响直流共模输出精度，但这些误差可能会被信号链中的下一个器件抑制，因此对整体系统精度影响不大。

为了获得最佳交流性能，建议使用具有高带宽和压摆率的运算放大器。在本威廉希尔官方网站 中，运算放大器的选择是ADA4807。

为避免寄生电容使ADA4807不稳定，应尽可能缩短从电阻到反相端的走线长度。如果不可避免地使用较长的走线，请使用较低值的电阻。

高性能ADC通常采用5 V单电源供电，并具有自己的基准电压。该基准电压用作差分输出的共模电压，无需基准电压源。因此，输出与ADC成比例，这意味着V的任何变化裁判的ADC不会影响系统的性能。

该差分放大器抑制共模电压的能力取决于AD629差分放大器内部调整电阻的比率匹配。因此，它优于采用分立放大器的仪表放大器。

对于具有0.1%外部电阻的分立放大器，CMR限制为54 dB。仪表放大器采用集成的精密激光调整电阻器，使系统能够实现 80 dB 或更高的 CMR。这些电阻器也由相同的低漂移薄膜材料制成，因此它们在整个温度范围内的比率匹配非常出色。

ADC可以采用5 V单电源供电，基准引脚上有一个2.5 V低阻抗电源。这会将输出设置为中间电源，并提高ADC输入端的共模电压。

输出波形的示波器图如图2所示。两个仪表放大器的增益均为1。V在是一个 1 V pp 10 kHz 正弦波，采用大共模电压。V外+ 和 V外– 是 ±0.5 V pp 正弦波和余弦波。V外_diff是1 V pp的差分输出电压，仅为V在删除共模。

图2.威廉希尔官方网站 性能：上图：两路互补输出，中图：输入电压与大共模，
下图：差分输出。

仪表放大器的增益可以通过增加一个电阻RG来增加：

该威廉希尔官方网站 还可用于功耗敏感型应用。该器件的总静态电流为5 mA，采用5 V双电源供电，功耗约为50 mW，比采用初级ADC驱动器（例如AD8138和AD8131差分驱动器放大器）或分立放大器的其他解决方案低50%。

审核编辑：郭婷