IA設(shè)計(jì)考慮

Touchstone半導(dǎo)體公司營銷與應(yīng)用副總裁Adolfo A Garcia指出，當(dāng)電源電壓低(<3V)，并且可選自完備IA(儀表放大器)有限時(shí)，設(shè)計(jì)自己的IA*為簡單直接，只需要了解運(yùn)放的輸入輸出dc特性與電路結(jié)構(gòu)。構(gòu)建儀表運(yùn)放有兩種很常見的結(jié)構(gòu)，分別采用兩只和三只運(yùn)放。

圖4給出了兩種運(yùn)放結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用單電源軌至軌的小功率運(yùn)放時(shí)，主要的選擇考慮(根據(jù)應(yīng)用情況)包括：dc特性，如VOS、TCVOS、AVOL(MIN)、IOS、VOH(MIN)和VOL(MAX)，以及ac特性，如放大器輸入相關(guān)噪聲與帶寬。輸出動(dòng)態(tài)范圍與應(yīng)用無關(guān)，是實(shí)現(xiàn)電路性能的關(guān)鍵。據(jù)Garcia稱，輸出級能提供*寬動(dòng)態(tài)范圍的單電源運(yùn)放是好的選擇，因?yàn)楸苊饬朔糯笃鬏敵黾夛柡蛦栴}。

注意圖4電路傳輸方程中的基準(zhǔn)電壓項(xiàng)(VREF)。為避免AMP1的輸出飽和，儀表放大器的輸出信號的測量必須針對VREF。在一個(gè)3 V (或更低電壓)的系統(tǒng)中，如要電路的動(dòng)態(tài)范圍，并避免輸出級的飽和問題，只要簡單地將VREF設(shè)為電源的一半就足夠了。不過Garcia發(fā)現(xiàn)，只有所選運(yùn)放的VOH(MIN)和VOL(MAX)規(guī)格相對其電源數(shù)據(jù)對稱時(shí)，這個(gè)方法才是有效的。

在式2中，是IA電路上所加的差分輸入電壓。如果所需增益是一個(gè)已知的電路參數(shù)，則可以重新排列式中的相應(yīng)項(xiàng)，以確定為防止輸出級飽和而能給電路施加的輸入差分電壓。

為了以*小功率運(yùn)行，電路中使用的電阻應(yīng)為100kΩ或更大，具體要看噪聲和帶寬設(shè)計(jì)方面的考慮。另外要指出的是，運(yùn)放的VOH(MIN)和VOL(MAX)電壓規(guī)格很大程度上由放大器輸出級負(fù)載所決定，因此要注意負(fù)載電阻的情況。

有一個(gè)實(shí)際例子，選擇的是一只TS1002 雙0.6μA運(yùn)放，構(gòu)造了一個(gè)增益為10的雙運(yùn)放IA，它的工作電源為2.5V。TS1002在100kΩ負(fù)載下的VOH(MIN)和VOL(MAX)規(guī)格分別為2.498V和0.001V 。使用式1， VREF等于(2.498V+ 0.001V)/2=1.249V，輸出級被偏置在輸出動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，避免了輸出級飽和。在上述增益10情況下，為避免輸出級飽和而施加的差分輸入電壓為：(2.498V+0.001V)/(2×10)，約125mV。

對三運(yùn)放I A 結(jié)構(gòu)可以做一個(gè)類似的分析( 圖5) 。同樣， 省略對三運(yùn)放IA以及前述項(xiàng)的嚴(yán)謹(jǐn)全電路分析，雙運(yùn)放IA的結(jié)果也很好地適用在這里，即，為獲得動(dòng)態(tài)范圍，輸出基準(zhǔn)電壓要設(shè)定在AMP1和AMP2的輸出電壓擺幅的中間(式1)。

電路增益的表達(dá)式與雙運(yùn)放IA形式相同(式2)。測得的電路輸出電壓是針對VREF，VREF設(shè)計(jì)在AMP1 和AMP2的輸出電壓擺幅中間；而可以加給三運(yùn)放IA的差分輸入電壓則由式2決定。

另一個(gè)實(shí)際例子中，設(shè)計(jì)者采用了一只Touchstone半導(dǎo)體公司的TS10040.6μA四運(yùn)放，搭建一個(gè)2.5V電源、增益為50的三運(yùn)放IA。從TS1004的數(shù)據(jù)表中可查到其在100kΩ負(fù)載時(shí)的VOH(MIN)和VOL(MAX)規(guī)格分別為2.498V和0.001V。用式1，輸出級由一個(gè)為(2.498V+0.001V)/2=1.249V的VREF偏置， 以獲得輸出動(dòng)態(tài)范圍， 避免輸出級的飽和。在所述50 增益時(shí)， 為避免輸出級飽和而能夠施加的差分輸入電壓為( 2.498V + 0.001V )/( 2×50 )，約25mV。