精密差分輸出儀表放大器解析

　　采用最先進(jìn)技術(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)能夠接受差分輸入信號(hào)，從而允許將來(lái)自傳感器的整個(gè)信號(hào)路徑以差分信號(hào)的形式傳送給ADC。這種方法提供了顯著的性能優(yōu)勢(shì)，因?yàn)椴罘中盘?hào)增加了動(dòng)態(tài)范圍，減小了交流聲，并且消除了對(duì)地噪聲。

　　圖1a和1b所示的是兩種常見的差分輸出儀表放大器電路。前者提供單位增益，后者提供了2倍增益。但是，與單端輸出的儀表放大器相比，這兩種電路都會(huì)受到增加噪聲、失調(diào)誤差、失調(diào)漂移、增益誤差和增益漂移的影響。

　　圖1a，1b：設(shè)計(jì)差分輸出儀表放大器的通用方法。上部電路保持增益，下部電路將增益加倍。

　　In-amp=儀表放大器

　　Output Voltage=輸出電壓

　　op amp=運(yùn)算放大器

　　圖2所示是一個(gè)沒有上述缺陷的差分輸出儀表放大器原理圖。這種設(shè)計(jì)充分利用了這樣的特性，儀表放大器的輸出實(shí)際上是其輸出引腳（Vo）與參考引腳（Vref）之間的差。這里的應(yīng)用是在兩個(gè)引腳之間加入了一個(gè)增益為-1的反相器。

　　圖2：設(shè)計(jì)差分輸出儀表放大器新的改進(jìn)方法。保持了增益，且不會(huì)在輸出信號(hào)中增加失調(diào)、漂移或噪聲。

　　n-amp=儀表放大器
　
　　Output Voltage=輸出電壓

　　op amp=運(yùn)算放大器

　　輸入電壓是V時(shí)，輸出電壓(Vo–Vref)也應(yīng)該等于V。參考引腳的電壓與輸出引腳的電壓極性相反。為了滿足(Vo-Vref)=V，輸出必須為Vo=Vin/2，Vref=-Vin/2。通過(guò)向運(yùn)算放大器的同相端輸入端施加+2.5V信號(hào)來(lái)設(shè)置其共模輸出電平。運(yùn)放在節(jié)點(diǎn)B產(chǎn)生+2.5V電壓。從而，如果對(duì)輸入端施加+1V電壓，那么節(jié)點(diǎn)A產(chǎn)生+3V電壓，并且節(jié)點(diǎn)C則為+2V，因此，輸出為+1/2V以上和+2.5V以下。(Vo-Vref)的誤差僅是由儀表放大器引起的。由反相放大器和電阻器引起的誤差諸如失調(diào)電壓、噪聲和增益誤差對(duì)兩個(gè)輸出端的影響同相，因此它們僅對(duì)共模輸出有貢獻(xiàn)，會(huì)被ADC抑制掉。

　　圖3是一張性能波形圖，上面的波形是一個(gè)2Vp-p 1kHz輸入。下面是兩個(gè)輸出波形。輸出共模電壓為+2.5V。圖4示出的是差分輸出信號(hào)的譜密度性能圖。

　　圖3：2Vp-p, 1kHz輸出信號(hào)（上部）。1Vp-p 1kHz差分輸出信號(hào)（下部）。輸出共模電壓為+2.5V。

　　

　　圖4：差分輸出信號(hào)譜分析。儀表放大器的輸入信號(hào)為2Vp-p, 1kHz。