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精密差分輸出儀表放大器解析

發(fā)布時間:2010-10-26 12:24    發(fā)布者:techshare
關(guān)鍵詞: 差分輸出 , 儀表放大器
采用最先進技術(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)能夠接受差分輸入信號,從而允許將來自傳感器的整個信號路徑以差分信號的形式傳送給ADC。這種方法提供了顯著的性能優(yōu)勢,因為差分信號增加了動態(tài)范圍,減小了交流聲,并且消除了對地噪聲。



圖1a和1b所示的是兩種常見的差分輸出儀表放大器電路。前者提供單位增益,后者提供了2倍增益。但是,與單端輸出的儀表放大器相比,這兩種電路都會受到增加噪聲、失調(diào)誤差、失調(diào)漂移、增益誤差和增益漂移的影響。

圖1a,1b:設(shè)計差分輸出儀表放大器的通用方法。上部電路保持增益,下部電路將增益加倍。

In-amp=儀表放大器

Output Voltage=輸出電壓

op amp=運算放大器



圖2所示是一個沒有上述缺陷的差分輸出儀表放大器原理圖。這種設(shè)計充分利用了這樣的特性,儀表放大器的輸出實際上是其輸出引腳(Vo)與參考引腳(Vref)之間的差。這里的應(yīng)用是在兩個引腳之間加入了一個增益為-1的反相器。

圖2:設(shè)計差分輸出儀表放大器新的改進方法。保持了增益,且不會在輸出信號中增加失調(diào)、漂移或噪聲。

n-amp=儀表放大器
 
Output Voltage=輸出電壓

op amp=運算放大器

輸入電壓是V時,輸出電壓(Vo–Vref)也應(yīng)該等于V。參考引腳的電壓與輸出引腳的電壓極性相反。為了滿足(Vo-Vref)=V,輸出必須為Vo=Vin/2,Vref=-Vin/2。通過向運算放大器的同相端輸入端施加+2.5V信號來設(shè)置其共模輸出電平。運放在節(jié)點B產(chǎn)生+2.5V電壓。從而,如果對輸入端施加+1V電壓,那么節(jié)點A產(chǎn)生+3V電壓,并且節(jié)點C則為+2V,因此,輸出為+1/2V以上和+2.5V以下。(Vo-Vref)的誤差僅是由儀表放大器引起的。由反相放大器和電阻器引起的誤差諸如失調(diào)電壓、噪聲和增益誤差對兩個輸出端的影響同相,因此它們僅對共模輸出有貢獻,會被ADC抑制掉。



圖3是一張性能波形圖,上面的波形是一個2Vp-p 1kHz輸入。下面是兩個輸出波形。輸出共模電壓為+2.5V。圖4示出的是差分輸出信號的譜密度性能圖。

圖3:2Vp-p, 1kHz輸出信號(上部)。1Vp-p 1kHz差分輸出信號(下部)。輸出共模電壓為+2.5V。




圖4:差分輸出信號譜分析。儀表放大器的輸入信號為2Vp-p, 1kHz。
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