差分输入/输出低功耗仪表放大器

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差分输入/输出低功耗仪表放大器

    目前所有市售的三运放仪表放大器(in-amp)仅提供了单端输出,而差分输出的仪表放大器可使许多应用从中受益。全差分仪表放大器具有其他单端输出放大器所没有的优势,它具有很强的共模噪声源抗干扰性,可减少二次谐波失真并提高信噪比,还可提供一种与现代差分输入ADC连接的简单方式。

    图1显示了低功耗全差分仪表放大器电路的实现方式,该仪表放大器由OP2177精密低功耗双运算放大器(IC1)和AD8476全差分放大器/ADC驱动器(IC2)级联而成。该复合放大器消耗的电源电流不超过1.2mA,输入噪声为11nV/√Hz,最大输入偏置电流为2nA,最大输入参考失调电压为75mV,最大输入参考失调电压漂移为0.9mV/K。

 

图1:低功耗全差分仪表放大器
图1:低功耗全差分仪表放大器

OP2177与增益设定电阻器RF1、RF2和RG构成了仪表放大器的前置放大器,并将放大器的电压增益设置为:

若RF1=RF2,则:

    AD8476 充当仪表放大器的减法器,因此它接收来自前置放大器的放大信号,抑制其共模分量并传递其差模分量。AD8476的共模抑制比(CMRR)为90dB,即使 在单位增益下也可使仪表放大器的CMRR达到90dB。增益变高时,若参考输入,共模输入信号所引起的误差在前置放大器电压增益的作用下进一步减小。

    由于仪表放大器采用了三运放拓扑结构,分立电阻器RF1、RF2及RG之间的匹配决定着放大器的增益精度(这是一个易于校准的参数),但不会限制放大器的CMRR。AD8476同时还实现了仪表放大器的差分输出驱动,使其能够直接驱动采样率高达500kSa/s的差分输入ADC。此外,可选网络RZ-CZ构成了一个单极点低通滤波器,可被用作抗混叠滤波器。

    驱动AD8476的VOCM引脚即可设置仪表放大器的输出共模电压。若该引脚处于未连接状态,则放大器的输出共模电压设置在电源中点位置。当使用仪表放大器驱动ADC时,应为AD8476的VOCM引脚提供ADC所需的共模电压。