文章来源 Macnica Engineer

ADI 不受共模电压影响的低功耗、高精度仪表放大器 AD8237

在设计仪表放大器时,可能会注意共模输入电压 (VCM) 的可实现输出电压 (VOUT) 范围的特性以及 REF 引脚的处理方式,但有时会疏忽规则而难以达到性能,ADI AD8237 就是为避免此类疏忽和设计裕量而开发的仪表放大器。本文将介绍 ADI AD8237 仪表放大器的两大特性优势,以及它的菱形图。

 

AD8237 是一款微功耗、零漂移、轨到轨输入/输出仪表放大器,具有两个电阻,允许 1~1000 倍的增益设置。它与一般仪表放大器的区别在于两个方面:一是具有特殊架构的参考 (REF) 引脚;另外间接电流反馈架构可用于在高增益设置下实现理想的菱形图,这两个特性简化了 AD8237 的电路设计过程。接下来为大家展开介绍这两个特性:

具有特殊架构的 REF 引脚

所有仪表放大器都配有 REF 引脚,这是一个方便的引脚,它根据该引脚确定输出电压。在典型的仪表放大器中,REF 引脚必须以低阻抗驱动,因此通常在电阻分压器之后用运算放大器等进行缓冲,以实现低阻抗,如下图 (图1) 中 B 所示。需要注意,如果采用下图 (图1) 中 A 所示的电阻分压驱动方法,则该电阻分压器会破坏减法电路的平衡,从而导致仪表放大器的共模抑制比降低,增益精度降低。

图1 如何连接仪表放大器的参考引脚
图1 如何连接仪表放大器的参考引脚

AD8237 的 REF 引脚具有特殊的架构。因此,即使 REF 引脚的电位由电阻分压决定,性能也不会受到影响。对于增益较高的配置,也可以通过直接连接半固定电阻器来调整它。这减少了仪表放大器电路中 REF 引脚缓冲器所需的运算放大器数量。另外 AD8237 的失调偏移电压非常小,但失调偏移失调可以在这里调整。

仪表放大器共模电压范围菱形图

下图 (图2) 显示了给定共模输入电压 (VCM) 的可实现输出电压 (VOUT)。 由于它的形状为六边形,ADI 称其为菱形图。仪表放大器似乎与共模输入电压无关,但当共模输入电压接近电源电压时,即使输入和输出电压本身在范围内,也会使内部放大器饱和。在简单运算放大器电路中,裕量完全由共模输入电压范围和输出电压决定。但是,由于仪表放大器使用 2~3 个运算放大器的组合,因此有必要考虑它们各自的输入范围、输出范围和如内部节点等裕量限制的组合。这些范围应在菱形图表示的白色区域中使用,并在图中标记为 VALID RANGE。 这对于低电源电压和单电源应用尤其困难,因为在这些应用中,菱形图要小得多,工作范围有限。

图2 菱形图 (来源:ADI 仪表放大器共模电压范围菱形图)
图2 菱形图 (来源:ADI 仪表放大器共模电压范围菱形图)

ADI AD8237 菱形图

AD8237 是为数不多的能够在大多数配置中与菱形图理想匹配的仪表放大器之一。对于较大的增益设置 (G=100),如下图 (图3) 所示,AD8237 的菱形图是一个简单的矩形。凭借这些菱形图特性,AD8237 能够完全放大非常小的信号,即使共模电压等于或略高于电源电压。

图3 AD8237 的菱形图 (来源:AD8237 数据手册)
图3 AD8237 的菱形图 (来源:AD8237 数据手册)

总结

对于仪表放大器电路设计,AD8237 无需在 REF 引脚上配置缓冲运算放大器,从而减小电路尺寸。此外,间接电流反馈架构为高增益设置提供了理想的菱形图,使设计人员能够设计出相对于输入共模电压 (VCM) 的宽输出电压 (VOUT) 范围。欲了解更多技术细节和 ADI 相关方案,您可以点击下方「联系我们」,提交您的需求,我们骏龙科技公司愿意为您提供更详细的技术解答。

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