基于零漂移仪表放大器的传感器电路优化方案

文章摘要：大多数传感器选用高阻抗输入，这迫使IA采用CMOS前端，从而使设计师必须面对随之而来的更高低频噪声电平。幸运的是，能够连续补偿输入偏移电压的零漂移电路设计技术可以用来消除低频输入粉色噪声。流行的新架构传统IA使用三个运放搭建成一个输入缓冲级和一个输出级电路（图1）。输入缓冲级电路提供全部差分增益、单位共模增益和高阻抗输入，差分放大器输出级提供共模增益为零的单位差分增益。这种IA可以用于许多场合，但它的简单性掩盖了两个重要的缺点：可用的输入共模电压范围有限，交流CMRR也有限。www.88dzw.com在传统的三运放仪表放大器中，输入缓冲级电路提供了所有的差分增益、单位共模增益和高阻抗输入。基于

基于零漂移仪表放大器的传感器电路优化方案,标签：电视机电路,电路设计,http://www.88dzw.com

　　大多数传感器选用高阻抗输入，这迫使IA采用CMOS前端，从而使设计师必须面对随之而来的更高低频噪声电平。幸运的是，能够连续补偿输入偏移电压的零漂移电路设计技术可以用来消除低频输入粉色噪声。

　　流行的新架构

　　传统IA使用三个运放搭建成一个输入缓冲级和一个输出级电路（图1）。输入缓冲级电路提供全部差分增益、单位共模增益和高阻抗输入，差分放大器输出级提供共模增益为零的单位差分增益。这种IA可以用于许多场合，但它的简单性掩盖了两个重要的缺点：可用的输入共模电压范围有限，交流CMRR也有限。

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　　在传统的三运放仪表放大器中，输入缓冲级电路提供了所有的差分增益、单位共模增益和高阻抗输入。

　　基于三个运放架构的IA仅具有有限的传输特性（图2）。在输入共模和输入差分电压的某种组合条件下，这种架构中的缓冲放大器A1和A2的输出很容易达到电源电压轨而饱和。在这种状况下，IA将无法抑制输入共模电压。

　　仪表放大器在不同共模电压处的有限传输特性（在高增益处眼图有所压缩）。

　　因此，大多数三运放IA的数据手册都给出了可用的输入共模电压对输出电压的曲线图。因为输出电压只是按比例缩放的输入差分电压，因此这种图中的两个轴也可标记为“输入共模电压对输入差分电压”。六边形内的灰色区域代表了“有效”工作区，在这个区域内放大器A1和A2的输出不会饱和至电源电压轨。

　　请注意，图2所示的图形对单电源应用有重要的含义。共模电压很容易接近电路地电平，这是灰色区域不能延伸到的地方！因此某些应用（如低边电流检测）不能使用传统的三运放IA，因为它们的输入共模电压等于地电平。

　　三运放IA可以通过匹配差分放大器周围的片内电阻而获得较高的共模抑制性能，但这种IA的反馈架构将大大降低交流CMRR。为克服这些缺点，业界开发出另一种IA架构，例如2gm间接电流反馈方法（图3）。

      IA的间接电流反馈架构由两个匹配的跨导放大器和一个高增益放大器组成。

　　这种架构由两个匹配的跨导放大器和一个高增益放大器组成。这两个匹配的放大器的gm的相同，在输入端将产生相等的差分电压，因此输出电压取决于电阻分压比Rf/Rg。输出共模电压通过REF引脚上的电压设定。由输入gm放大器实现的电压到电流转换电路天生就能抑制输入共模电压，从而使放大器具有高的直流和交流CMRR。

　　即使输入共模电压等于负电源电压轨，间接电流反馈IA架构也能实现满幅输出电压，因此这种间接电流反馈IA的工作范围要比三运放IA架构宽得多。美信集成产品公司（Maxim）的MAX4460/1/2和MAX4208/9便是这类IA产品

　　偏移抵消技术：跟随漂移？

　　IA的两个重要指标是粉色噪声（也称为1/f或闪烁噪声）和输入偏移电压及其相对温度和时间的漂移。1/f噪声是一种低频现象，许多用于实现“零漂移”和输入偏移电压抵消的电路技术同样能消除1/f噪声。这些技术包括采样放大器、自动调零放大器、斩波放大器、斩波-稳定放大器以及斩波-斩波-稳定放大器（如MAX4208）。

　　IA也能采用基于飞跨电容的采样技术实现输入偏移电压的自动校正。然而，因为用于采样的输入端不是真正的高阻抗结构，所以源阻抗的失配很容易降低系统级的精度。

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