AD8230自穩零儀表放大器

 

AD8230是一款儀表放大器，基于自穩零拓撲結構，同時具有高共模信號抑制性能。

 

內部信號路徑由一個有源差分采樣保持級(前置放大器)構成，其后是一個差分放大器(增益放大器)。這兩個放大器以自穩零方式來最大程度地減少失調和漂移。全差分拓撲結構會提高信號對寄生噪聲和溫度效應的抗擾度。放大器增益由兩個外部電阻進行設置，以便于實現TC匹配。AD8230可以接受的輸入共模電壓范圍是電源電壓(±5 V)之內(含電源電壓)。信號采樣速率由一個6 kHz片內振蕩器和邏輯控制，以獲得所需的非重疊時鐘相位。

 

為了簡化功能描述，我們將使用兩個時序時鐘相位A和B來區分內部操作的順序，分別如圖1和圖2所示。相位A(采樣相位)操作如圖1所示。

 

圖1：采樣相位(相位A)中的AD8230自穩零儀表放大器

 

在相位A期間，采樣電容在共模電位下與輸入信號相連。輸入信號的電壓差VDIFF存儲于采樣電容CSAMPLE中。只要采樣電容的共模電位不同于前置放大器，則輸入的共模電位就會影響CSAMPLE。在此期間，增益放大器與前置放大器斷開，以便使其輸出保持在之前采樣的輸

入信號所設置的電平，即圖1中CHOLD所保持的電平。

 

在相位B中，對模擬輸入信號進行采樣時，結果將移除輸入共模成分。相位B的狀態如圖2所示。

 

圖2：傳輸相位(相位B)中的AD8230自穩零儀表放大器

 

前置放大器的共模輸出保持在基準電位VREF。當采樣電容的底板連接到前置放大器的輸出端時，輸入信號共模電壓將被拉升至放大器的共模電壓VREF。通過這種方式，采樣電容達到與前置放大器相同的共模電壓。剩余的差分信號出現在增益放大器上，從而刷新保持電容的信號電位，如圖2所示。增益放大器會調理存儲于保持電容CHOLD上的更新信號。

 

前置放大器和增益放大器都具有自穩零特性。前置放大器在相位A期間(即當采樣電容與信號源相連時)自動歸零。通過將前置放大器的差分輸入連接在一起，所產生折合到輸出端的失調電壓被連接至前置放大器的一個輔助端口上。負反饋會強制在輔助端口產生消除電壓。在相位B期間，前置放大器的輸入端不再短路，采樣電容則與前置放大器的輸入端和輸出端相連。前置放大器已在相位A中自動歸零，其失調處于最低水平。可利用一個單獨的指零放大器(圖中未顯示)來實現自穩零功能。有關AD8230自穩零儀表放大器工作原理的更多詳情，請參閱參考文獻3。

 

盡管AD8230在0.1 Hz至10 Hz帶寬范圍內的峰峰值RTI噪聲只有3 µV，但是其在1 kHz下的電壓噪聲頻譜密度為240 nV/√Hz。因此，AD8230需要一個合適的輸出RC濾波器，以將測量帶寬中的噪聲降至可以接受的水平。

 

AD8230自穩零儀表放大器的主要規格如圖3所示。

 

圖3：AD8230自穩零儀表放大器的主要規格

 

ADI公司針對單電源工作模式而優化的自穩零儀表放大器有AD8553、AD8555、AD8556和AD8557四款。

 

參考文獻：

 

1. Hank Zumbahlen, Basic Linear Design, Analog Devices, 2006, ISBN: 0-915550-28-1. Also available as Linear Circuit Design Handbook, Elsevier-Newnes, 2008, ISBN-10: 0750687037, ISBN-13: 978-0750687034. Chapter 2.

 

2. Walter G. Jung, Op Amp Applications, Analog Devices, 2002, ISBN 0-916550-26-5, Also available as Op Amp Applications Handbook, Elsevier/Newnes, 2005, ISBN 0-7506-7844-5. Chapter 2.

 

3. Charles Kitchin and Lew Counts, A Designer''''''''s Guide to Instrumentation Amplifiers, 3rd Edition, Analog Devices, 2006.

 

 

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