許多低成本儀表放大器所具備的帶寬
、直(zhi)流(liu)精(jing)度(du)和(he)低(di)功(gong)耗(hao)可(ke)以(yi)滿(man)足(zu)所(suo)有(you)的(de)係(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)。使(shi)用(yong)儀(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)的(de)另(ling)一(yi)好(hao)處(chu)是(shi)，用(yong)戶(hu)無(wu)需(xu)構(gou)建(jian)自(zi)己(ji)的(de)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)，因(yin)此(ci)省(sheng)去(qu)了(le)很(hen)多(duo)高(gao)成(cheng)本(ben)的(de)分(fen)立(li)器(qi)件(jian)。本(ben)文(wen)將(jiang)提(ti)出(chu)一(yi)種(zhong)簡(jian)單(dan)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)構(gou)建(jian)一(yi)個(ge)低(di)成(cheng)本(ben)儀(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)並(bing)優(you)化(hua)其(qi)性(xing)能(neng)。此(ci)外(wai)，該(gai)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de) 成本和性能與單芯片儀表放大器不相上下。

 

圖1詳細介紹了所提出的精密係統設計，該設計允許用戶在存在高共模電壓的情況下測量差分信號。該電路包括一個輸入緩衝器、一個ADC驅動器和一個基準電壓源。緩衝器驅動儀表放 大器的參考引腳
，並將單端輸出轉換為差分輸出。該電路具有非常高的輸入共模電壓範圍。它可以處理高達±270 V的共模電壓（采用±15 V電源供電），在正負方向幾乎達到電源電壓的20倍，這是電機控製應用的關鍵。此外

，還對輸入提供高達 ±500 V的共模或差模瞬變保護。

 

圖1. 單端輸入差分輸出放大器

 

此應用使用±5 V電源，這樣輸入電壓才能具有±80 V共模範圍。

 

差分輸出由如下公式確定：

 

 

共模輸出由如下公式設置：

 

 

這個電路的好處是直流差分精度取決於AD629差動放大器和 AD8421儀表放大器，而不是運算放大器或者外部10 kΩ電dian阻zu。此ci外wai，這zhe個ge電dian路lu充chong分fen利li用yong了le儀yi表biao放fang大da器qi對dui其qi基ji準zhun電dian壓ya相xiang關guan的de輸shu出chu電dian壓ya的de精jing確que控kong製zhi。雖sui然ran運yun算suan放fang大da器qi的de直zhi流liu性xing能neng和he電dian阻zu匹pi配pei會hui影ying響xiang直zhi流liu共gong模mo輸shu出chu精jing度du，但dan是shi這zhe些xie誤wu差cha很hen可ke能neng會hui被bei信xin號hao鏈lian路lu上shang的de下xia一yi個ge器qi件jian抑yi製zhi
，因yin此ci它ta對dui整zheng個ge係xi統tong精jing度du的de影ying響xiang將jiang會hui很hen小xiao。

 

為獲得最佳交流性能
，推薦使用具有高帶寬和高壓擺率的運算放大器。此電路中選擇的運算放大器是ADA4807。

 

為了避免寄生電容使ADA4807不穩定，電阻至反相輸入端之間的走線長度應盡可能短。如果必須使用較長的走線，需使用阻值較低的電阻。

高性能ADC通常采用5 V單電源，並具有自身的基準電壓。該基準電壓用作差分輸出的共模電壓，從而無需使用基準電壓源。因此，其輸出與ADC成比例
，這意味著ADC的VREF任何變化都不會影響係統的性能。

 

此差動放大器抑製共模電壓的能力取決於AD629差動放大器內部微調電阻的比例匹配。因此，它比采用分立式放大器的儀表放大器更好。

 

對於采用0.1%外部電阻的分立式放大器
，CMR限製為54 dB。儀表放大器集成了精密的激光微調電阻
，使係統的CMR可達到80 dB或更高。這些電阻均采用相同的低漂移薄膜材料製成

，因此在一定溫度範圍內可提供出色的比例匹配。

 

ADC可采用5V單電源供電，參考引腳上有2.5V低阻抗電壓源。這樣可將輸出設為中間電源

，並升高ADC輸入端呈現的共模電壓。

 

示波器輸出波形曲線如圖2所示。兩個儀表放大器的增益均為 1。VIN是一個大共模電壓上的1 V pp 10 kHz正弦波。VOUT+和VOUT–分別是±0.5 V pp正弦波和餘弦波。VOUT_diff是1 V pp差分輸出電壓

，也就是消除共模信號後的VIN。

 

圖2. 電路的性能：

頂部：兩個互補輸出

中間：帶有大共模信號的輸入電壓

底部：差分輸出

 

通過增加一個電阻RG可以提高儀表放大器的增益：

 

 

此電路也可以用於功耗敏感型應用。總靜態電流為5 mA，采用 5V雙電源，其功耗僅約50 mW
，相較於其他采用基本ADC驅動器（例如，AD8138和AD8131差分驅動放大器）或分立式放大器的解決方案
，功耗節省達50%。

 

 

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