仪表放大器

<strong>作者：Kristina Fortunado</strong>

<strong>简介</strong>

数据采集系统(DAQ)在许多行业应用广泛，例如研究、分析、设计验证、制造和测试等。这些系统与各种传感器接口，从而给前端设计带来挑战。必须考虑不同传感器的灵敏度，例如，系统可能需要连接最大输出为10 mV和灵敏度为微伏以下的负载传感器，同时还要连接针对10 V输出而预调理的传感器。只有一个增益时，系统需要具有非常高的分辨率来检测两个输入。即便如此，在最低输入时信噪比(SNR)也会受影响。

在这些应用中，可编程增益仪表放大器(PGIA)是适合前端的解决方案，可适应各种传感器接口的灵敏度，同时优化SNR。集成PGIA可实现良好的直流和交流规格。本文讨论各种集成PGIA及其优势。文中还会讨论相关限制，以及为满足特定要求而构建分立PGIA时应遵循的指导原则。

<strong>集成PGIA</strong>

<strong>仪表放大器的基本原理</strong>

<strong>前言</strong>

仪表放大器有时被错误地理解。不是所有用于仪器仪表的放大器都是仪表放大器，并且所有的仪表放大器决不只用于仪器仪表。仪表放大器用于许多领域，从电动机控制到数据采集以及汽车系统。

本书的目的是阐述什么是仪表放大器，它的工作原理怎样，如何使用它以及在何处使用它等基本问题。另外，本书还介绍几种不同类型的仪表放大器。
仪表放大器与运算放大器的区别是什么？

仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。大多数情况下，仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高，典型值≥109 Ω。其输入偏置电流也应很低，典型值为 1 nA至 50 nA。与运算放大器一样，其输出阻抗很低，在低频段通常仅有几毫欧（mΩ）。

运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输出端之间连接的外部电阻决定。与放大器不同的是，仪表放大器使用一个内部反馈电阻网络，它与其信号输入端隔离 。对仪表放大器的两个差分输入端施加输入信号，其增益既可由内部预置，也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置，该增益电阻器也与信号输入端隔离。

<strong>作者：Charles Kitchin、Lew Counts和Moshe Gerstenhaber</strong>

<strong>简介</strong>

在实际应用中，必须处理日益增多的射频干扰(RFI)，对于信号传输线路较长且信号强度较低的情况尤其如此，而仪表放大器的典型应用就是这种情况，因为其内在的共模抑制能力，它能从较强共模噪声和干扰中提取较弱的差分信号。

但有个潜在问题却往往被忽视，即仪表放大器中存在的射频整流问题。当存在强射频干扰时，集成电路可能对干扰进行整流，然后以直流输出失调误差表现出来。仪表放大器输入端的共模信号通常被其共模抑制的性能衰减了。

但遗憾的是，射频整流仍然会发生，因为即使最好的仪表放大器在信号频率高于20 kHz时，实际上也不能抑制共模噪声。放大器的输入级可能对强射频信号进行整流，然后以直流失调误差表现出来。一旦经过整流后，在仪表放大器输出端的低通滤波器将无Rev. 0 | Page 1 of 8法消除这种误差。如果射频干扰为间歇性，那么它会导致无法被觉察到的测量误差。

<strong>设计实用的射频干扰滤波器</strong>

<strong>保护仪表放大器不受过压影响</strong>

当仪表放大器的输入来自远程传感器时，则可能会受到过压影响。如果在电源开启时将连接线断开并重新连接，可能会产生较大的瞬态电压。感性耦合是导致电缆上产生无用电压的另一种因素，结果可能损害仪表放大器的输入级。

从保护角度来看，仪表放大器在许多方面与运算放大器相似。像运算放大器一样，共模(CM)和差模(DM)输入电压必须遵循其绝对最大额定值。本指南重点讨论与仪表放大器相关的问题，而指南MT-036更适用于运算放大器。

一些仪表放大器内置有串联电阻形式的过载保护电路。图1所示为AD620仪表放大器输入端的原理示意图，图中显示了输入差分晶体管及其相关保护器件。

本视频介绍AD8229仪表放大器(210 °C)和ADXL206加速度计(175 °C)在高温下工作的情况。 两款器件均采用“接地”设计，属于市场上首款此类产品。

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