儀表放大器: CMRR,你偷走了我的精度
發布時間:2020-01-11 責任編輯:wenwei
【導讀】儀表放大器,簡稱儀放,英文名叫做Instrument Amplifier,通常用於高精密低頻信號檢測,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放大。這些信號有共同的特點就是:差(cha)分(fen)信(xin)號(hao),幅(fu)度(du)較(jiao)小(xiao),源(yuan)阻(zu)抗(kang)較(jiao)高(gao),並(bing)且(qie)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)比(bi)較(jiao)大(da)。放(fang)大(da)這(zhe)些(xie)信(xin)號(hao)通(tong)常(chang)直(zhi)流(liu)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)較(jiao)高(gao),失(shi)調(tiao)電(dian)壓(ya),失(shi)調(tiao)電(dian)流(liu)通(tong)常(chang)是(shi)我(wo)們(men)關(guan)注(zhu)的(de)參(can)數(shu),然(ran)而(er)還(hai)有(you)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)參(can)數(shu),CMRR,共模抑製比也會對儀表放大器的精度造成重要的影響。
共模抑製比,描述的是放大器共模電壓的變化導致的輸出電壓的變化,通常使用dB值來描述。舉個例子,比如80dB的共模抑製比,代表共模電壓變化1V,輸入失調電壓變化0.1mV,如果放大1000倍,那麼對應的輸出失調電壓將變化100mV。

其中 Vout 為輸出失調電壓;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致的輸出失調電壓變化與增益有關係。實際上,儀表放大器的CMRR指標在不同的增益下是不同的。比如TI典型的高精度零失調儀表放大器INA188,在增益為1的時候,CMRR最小值為84dB,而在增益為1000的時候,CMRR的最小值為118dB,典型值為130dB。所以重複上麵的例子,使用INA188放大1000倍,1V的共模電壓變化,典型情況下輸出失調電壓變化僅僅為0.3mV,這可以滿足絕大部分應用場合的應用要求。

上圖所示的是一個典型的電橋測量方案,包含前級差分儀表放大器,電平移位限幅緩衝驅動ADC等結構,提供高精度的小信號采樣。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,並且CMRR在放大倍數為10的時候的最小值大於100dB。OPA196為TI全新一代的E-trim運算放大器,直流失調電壓更是在100uV以下,OPA191甚至達到5uV 。這樣高的CMRR和低的失調電壓,提高係統精度的同時可以降低係統的設計難度和成本,提升產品的競爭力。
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