儀表放大器: CMRR,你偷走了我的精度
發(fā)布時(shí)間:2020-01-11 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】儀表放大器,簡稱儀放,英文名叫做Instrument Amplifier,通常用于高精密低頻信號(hào)檢測,像溫度,壓力等電橋差分測量,電流取樣,生物電等微弱差分信號(hào)放大。這些信號(hào)有共同的特點(diǎn)就是:差分信號(hào),幅度較小,源阻抗較高,并且共模電壓變化比較大。放大這些信號(hào)通常直流精度要求較高,失調(diào)電壓,失調(diào)電流通常是我們關(guān)注的參數(shù),然而還有一個(gè)非常重要的參數(shù),CMRR,共模抑制比也會(huì)對儀表放大器的精度造成重要的影響。
共模抑制比,描述的是放大器共模電壓的變化導(dǎo)致的輸出電壓的變化,通常使用dB值來描述。舉個(gè)例子,比如80dB的共模抑制比,代表共模電壓變化1V,輸入失調(diào)電壓變化0.1mV,如果放大1000倍,那么對應(yīng)的輸出失調(diào)電壓將變化100mV。
其中 Vout 為輸出失調(diào)電壓;Vcm 為輸入共模電壓;即輸入端對地共模電壓與 Vref 之間的差值;Gain 為儀表放大器的增益。從公式上看,儀表放大器的共模電壓導(dǎo)致的輸出失調(diào)電壓變化與增益有關(guān)系。實(shí)際上,儀表放大器的CMRR指標(biāo)在不同的增益下是不同的。比如TI典型的高精度零失調(diào)儀表放大器INA188,在增益為1的時(shí)候,CMRR最小值為84dB,而在增益為1000的時(shí)候,CMRR的最小值為118dB,典型值為130dB。所以重復(fù)上面的例子,使用INA188放大1000倍,1V的共模電壓變化,典型情況下輸出失調(diào)電壓變化僅僅為0.3mV,這可以滿足絕大部分應(yīng)用場合的應(yīng)用要求。
上圖所示的是一個(gè)典型的電橋測量方案,包含前級差分儀表放大器,電平移位限幅緩沖驅(qū)動(dòng)ADC等結(jié)構(gòu),提供高精度的小信號(hào)采樣。典型的儀表放大器可以參考INA188, INA826, INA333,可以覆蓋從高電壓到低功耗的全部場合,并且CMRR在放大倍數(shù)為10的時(shí)候的最小值大于100dB。OPA196為TI全新一代的E-trim運(yùn)算放大器,直流失調(diào)電壓更是在100uV以下,OPA191甚至達(dá)到5uV 。這樣高的CMRR和低的失調(diào)電壓,提高系統(tǒng)精度的同時(shí)可以降低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度和成本,提升產(chǎn)品的競爭力。
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