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零漂移儀表放大器的傳感器電路優化方案

作者: 時間:2011-07-25 來源:網絡 收藏
IA的間接電流反饋架構由兩個匹配的跨導和一個高增益組成。

本文引用地址:http://www.cqxgywz.com/article/161768.htm

  這種架構由兩個匹配的跨導和一個高增益放大器組成。這兩個匹配的放大器的gm的相同,在輸入端將產生相等的差分電壓,因此輸出電壓取決于電阻分壓比Rf/Rg。輸出共模電壓通過REF引腳上的電壓設定。由輸入gm放大器實現的電壓到電流轉換天生就能抑制輸入共模電壓,從而使放大器具有高的直流和交流CMRR。

  即使輸入共模電壓等于負電源電壓軌,間接電流反饋IA架構也能實現滿幅輸出電壓,因此這種間接電流反饋IA的工作范圍要比三運放IA架構寬得多。美信集成產品公司(Maxim)的MAX4460/1/2和MAX4208/9便是這類IA產品。

  偏移抵消技術:跟隨?

  IA的兩個重要指標是粉色噪聲(也稱為1/f或閃爍噪聲)和輸入偏移電壓及其相對溫度和時間的。1/f噪聲是一種低頻現象,許多用于實現“零”和輸入偏移電壓抵消的技術同樣能消除1/f噪聲。這些技術包括采樣放大器、自動調零放大器、斬波放大器、斬波-穩定放大器以及斬波-斬波-穩定放大器(如MAX4208)。

  IA產品的操作系統都將針對個別產品來設計,不僅可使產品的系統簡單化,亦可節省設計的研發成本,及降低產品的耗電性。為了讓Internet走入生活,將PC中數字技術嵌入日常生活家電中就成為首要的,由于IA屬于消費電子產品,而消費者對此種產品的停電或者當機的容忍度相當的低,因此IA產品的操作系統首重可靠度。

  IA產品未來將逐漸取代傳統家電器材,因此一個家庭將擁有多個IA產品,而到時這些IA產品都必須相互連接,才能發揮綜效,因此未來則必將形成家庭網絡。另外,由于IA產品的種類功能多元化,必須搭配相關的電子商務使用,所以IA與ISP、ICP業者合作成為一種必然的趨勢,與其合作也對開拓市場則有加乘的效果,而未來信息家電皆采用嵌入式操作系統,因此預設的門戶網站可能就是設備的提供者。[

  應用實例

  下面介紹兩種IA應用,一種是比例橋,另一種是低邊電流檢測放大器。

  1.比例橋

  比例橋是標準橋測量系統的一個變種,它能提供同樣高的精度,但成本更低。成本低的原因是比例橋不需要用高精度的參考源驅動橋和ADC參考輸入,一個“自由”但相對精度不高的高ppm/℃參考信號源就可以同時驅動橋和ADC。

  眾所周知,即使具有“軌到軌”輸出的運放在驅動其輸出到數百毫伏的任一電壓軌時也很難保持最大精度。因此,對具有高動態范圍和單極信號輸入的放大器來說,有必要將輸出偏置在大于地電平約250mV左右。這種偏置電壓需要驅動電阻鏈的一端,因此必須加入低輸出阻抗的緩沖器進行驅動,以免引入不必要的增益誤差。為盡量減小輸出誤差,這種單位增益運放緩沖器也應具有低直流偏移和低漂移特性。

  MAX4208放大器在小型μMAX封裝內集成了一個高精度的零漂移運放緩沖器和一個2gm的間接電流反饋IA,其中的緩沖器允許用一個簡單的外接電阻分壓器建立穩定、與ADC參考電壓成比例關系的偏置參考電壓。IA內部的斬波-斬波-穩定架構可以同時消除主(前向)和反饋通道中運放緩沖器和放大器的粉色噪聲效應。此外,MAX4208還具有對功率敏感應用非常有用的斷電模式。

  2.完美的電流檢測

  

  如今的便攜式電子設備對有效功率管理的需求越來越大,這重新引起了人們對電流檢測放大器的興趣。地電平檢測IA可以用作存儲器模塊或微處理器的內核電壓路徑中的高邊電流檢測放大器(圖4),也可以用作H橋功率電子轉換器反饋路徑中的低邊電流檢測放大器。

  計算機硬件的內核電壓可能在0.9到1.5V范圍內變化,因此這種很小的檢測電壓必須在很低且不斷變化的共模電壓環境下測量。諸如MAX4208這樣具有低VOS、高CMRR且架構針對單電源應用專門過的IA就非常適合這種應用場合。

為檢測計算機應用中的大電流,可以將地電平檢測IA用作內核電壓路徑中的高邊電流檢測放大器。

  這些應用中的電流特別高,因此檢測電壓必須非常小才能避免在檢測電阻上產生過多的功率損失。通常,這個檢測電阻可能是電源電感本身的ESR。為精確讀取這個很小的檢測電壓,輸入偏移電壓與將被高精度放大的最小檢測電壓相比必須非常小。

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