今天給大家分享一個(gè)好玩的小玩意兒，也是未來(lái)文章中出現(xiàn)的?？?。在我短暫的開(kāi)發(fā)生涯中，我知道了基礎(chǔ)學(xué)科的專(zhuān)業(yè)性，就是在理論的指導(dǎo)下實(shí)際的實(shí)驗(yàn)才會(huì)可能正確。我承認(rèn)我是一個(gè)理論的巨人，實(shí)踐的矮子，但是不妨礙我現(xiàn)在開(kāi)始長(zhǎng)。

我隨便給一個(gè)三極管的輸出曲線(xiàn)，搞電子的都不陌生，但是我問(wèn)你，這個(gè)就是數(shù)據(jù)手冊(cè)上面花的圖， 你有幾個(gè)人是用示波器，穩(wěn)壓電源真實(shí)的看到了這些物理現(xiàn)象？估計(jì)沒(méi)幾個(gè)吧？因?yàn)榇罱ㄒ粋€(gè)測(cè)試的平臺(tái)是需要不少的設(shè)備和精力要在里面的。這就是模擬電路的難處，我現(xiàn)在隨手和你聊起這些基礎(chǔ)的東西，各個(gè)電阻的計(jì)算，你肯定說(shuō)不過(guò)我，但是我就是搭不好一個(gè)模擬電路，我知道它應(yīng)該是這樣的，但是它卻是哪樣的。

前一段時(shí)間寫(xiě)過(guò)一個(gè)很短的文章，叫學(xué)會(huì)尊重工程。

“工科理科化”不僅讓學(xué)生養(yǎng)成了遠(yuǎn)離工程不愛(ài)動(dòng)手的習(xí)慣，更糟糕的是我們還喪失了對(duì)工程的興趣。變得“只會(huì)紙上談兵，也更喜歡紙上談兵”。學(xué)生大一、大二階段課程中的理論知識(shí)量比較大，依賴(lài)短期記憶、通過(guò)考試拿到學(xué)分的學(xué)生，三個(gè)月左右就會(huì)將前一學(xué)期的大部分課程知識(shí)忘掉。 當(dāng)他們大三、大四尋找這些知識(shí)的用途時(shí)，早已忘得干干凈凈?！昂芏鄬W(xué)校甚至鼓勵(lì)學(xué)生從大一大二就開(kāi)始準(zhǔn)備考研，工科考研側(cè)重基礎(chǔ)理論，不考察動(dòng)手實(shí)踐能力，進(jìn)一步加劇了理科化趨勢(shì)?！惫た粕难芯磕芰υ絹?lái)越停留在“仿真層面”。工程師要學(xué)會(huì)造物，工程包含知識(shí)，但不是一個(gè)知識(shí)體，工程是一個(gè)過(guò)程，是個(gè)迭代變化的過(guò)程。工程做到深處，總是要依靠理論知識(shí)和對(duì)事物的洞察力。最重要的收獲，是逐漸學(xué)會(huì)尊重工程。

在一個(gè)月以前研究三極管的時(shí)候就看到了一個(gè)叫ADALM2000的各種電子學(xué)實(shí)驗(yàn)，但是2K的價(jià)格直接就把我勸退了，然后找了一下發(fā)現(xiàn)便宜一些的平替。

還是讓我說(shuō)明一下這個(gè)東西是什么吧。

ADALM1000是一款學(xué)習(xí)工具，旨在讓你與周?chē)澜绲幕?dòng)更加輕松、直觀(guān)。它提供兩個(gè)模擬通道，允許你獲取和測(cè)量電壓或電流波形，輕松表征任意系統(tǒng)的電壓與電流、隨時(shí)間和隨頻率的關(guān)系。為了提供此功能，它使用了許多構(gòu)建塊來(lái)采用USB的固定電源和數(shù)字接口，并提供 0 至 5 伏 ( V )、-200 至 200 毫安 ( mA ) 的電壓和電流操作，具有精確度和精度。精度優(yōu)于 100μV、100μA 和 10μS。 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的儀器結(jié)合了分析儀、發(fā)生器、曲線(xiàn)追蹤器和電流/電壓系統(tǒng)的功能。提供對(duì)工程環(huán)境中使用的真實(shí)電路和概念的分析能力。免費(fèi)提供在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)室和課程，供教育工作者和學(xué)生掌握困難的工程概念。結(jié)構(gòu)化的實(shí)踐活動(dòng)可以激發(fā)和加速學(xué)習(xí)，并培養(yǎng)對(duì)基本工程概念的興趣。幫助培養(yǎng)職業(yè)發(fā)展所需的批判性思維技能。 總結(jié)一下就是一個(gè)ADC+DAC，然后搭配一些比較強(qiáng)大的上位機(jī)，我最心動(dòng)的地方在于，它里面的所有東西都是開(kāi)源的，從硬件到固件。

固件一角

還有官方支持的MATLAB，簡(jiǎn)直高興的要死，高級(jí)的包都可以使用起來(lái)

這些東西簡(jiǎn)直比我撿錢(qián)了都開(kāi)心，我就是想知道這么復(fù)雜的測(cè)量系統(tǒng)是如何構(gòu)建的，而且在上下位機(jī)之間是如何工作的，我太想知道了。

看著這些復(fù)雜的芯片就激動(dòng)的不行

這是它的一些參數(shù)

內(nèi)部

密密麻麻的芯片

這個(gè)東西可以研究的方面有，這個(gè)硬件本身的設(shè)計(jì)，固件設(shè)計(jì)，上位機(jī)設(shè)計(jì)，以及各種器件之間的實(shí)驗(yàn)。

今天的時(shí)間有限，我就想簡(jiǎn)單的說(shuō)下本身的硬件配置。太有學(xué)習(xí)的必要了、

電源

USB規(guī)范（可從USB 實(shí)施者論壇獲?。┦且环?600 多頁(yè)的文檔，描述了 USB2.0 設(shè)備理想操作的各個(gè)方面。 它要求連接的設(shè)備從所提供的電源中消耗的電流小于 500mA，允許的范圍從高達(dá) 5.25v 到低至 4.40v - 對(duì)于精密工具來(lái)說(shuō)，如此寬的跨度顯然是不可接受的！ 此外， USB端口上的可用功率在電氣噪聲和電氣保護(hù)方面可能存在很大差異。連接到共享USB總線(xiàn)的不合格設(shè)備可能會(huì)給電源電壓帶來(lái)數(shù)十甚至數(shù)百毫伏的噪聲。 制作不良的計(jì)算機(jī)可能無(wú)法處理USB上的過(guò)流情況總線(xiàn)上的任何操作都不僅僅是立即完全關(guān)閉電源，或者更糟糕的是，永久禁用USB端口。如果在舊計(jì)算機(jī)上使用 M1k 會(huì)降低測(cè)量的準(zhǔn)確性，那將是不幸的；如果在設(shè)備正常操作過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤導(dǎo)致所連接的計(jì)算機(jī)面臨損壞或丟失數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)，那將是不可接受的。 為了解決這些問(wèn)題并為模擬前端提供受保護(hù)的低噪聲電壓電源，設(shè)計(jì)了一個(gè)復(fù)雜的供應(yīng)鏈，以確保無(wú)論輸入如何，輸出端均可提供完整的 0-5v 范圍，并且無(wú)論短路或過(guò)壓，設(shè)備，主機(jī) PC 不會(huì)面臨不可接受的風(fēng)險(xiǎn)。M1K 電源鏈總共由三個(gè)線(xiàn)性穩(wěn)壓器、兩個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器、一個(gè)“熱插拔”控制器和一個(gè)精密基準(zhǔn)電壓源組成。USB總線(xiàn)的原始 5V 電源首先用于向微控制器提供 3.3V 電壓，該電壓是使用ADP7118固定電壓線(xiàn)性穩(wěn)壓器生成的。該穩(wěn)壓器及其提供的微控制器始終處于開(kāi)啟狀態(tài)，因?yàn)槲⒖刂破髫?fù)責(zé)向主機(jī)請(qǐng)求可用的全部 500mA 電流。 設(shè)備枚舉后，使用ADM1177熱插拔控制器啟用模擬前端，從而可以正常開(kāi)啟電源部分的其余部分以及過(guò)流（短路）保護(hù)。ADM1177監(jiān)視 0.1 歐姆電流檢測(cè)分流電阻器上的壓降并控制 N-FET 功率晶體管的柵極。當(dāng)熱插拔控制器的使能引腳被驅(qū)動(dòng)為高電平時(shí)，它會(huì)以外部電容器確定的速率將電流泵入開(kāi)關(guān)晶體管的柵極，直到晶體管的柵極遠(yuǎn)高于輸入電壓，并且晶體管動(dòng)作作為具有固定（?。╇娮璧拇?lián)電阻。ADM1177持續(xù)監(jiān)控分流電阻，當(dāng)分流電阻兩端的壓降增加到超過(guò) 100mV（相當(dāng)于 1A），持續(xù)時(shí)間超過(guò) C11 的 100nF 定義的 270μS 時(shí)，ADM1177軟啟動(dòng)引腳和地，電路板模擬部分的電源被禁用。 USB指定了最大電流以及主機(jī)存在潛在風(fēng)險(xiǎn)的點(diǎn)。該控制器還用于控制與位于上游電源和設(shè)備模擬部分之間的大型儲(chǔ)能電容器相關(guān)的浪涌電流。這些組件對(duì)于允許本地需求電流在短時(shí)間內(nèi)超過(guò)上游電源的能力非常重要，但如果它們沒(méi)有緩慢上升到工作電壓，當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，它們將在幾微秒內(nèi)消耗潛在的電流。首次連接，可能會(huì)導(dǎo)致主機(jī)出現(xiàn)故障。 有兩種開(kāi)關(guān)模式穩(wěn)壓器使用電感器中的能量存儲(chǔ)來(lái)完成標(biāo)準(zhǔn) CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物晶體管、電阻器、電容器）電路難以（并非完全不可能）完成的任務(wù) - 增加電壓并提供負(fù)電壓。 基于ADP1614的升壓轉(zhuǎn)換器用于通過(guò)磁通電感器并引起電流突然變化來(lái)生成 6.5 V 電源軌，從而產(chǎn)生高于用于在電感器磁芯磁通量中存儲(chǔ)能量的電壓。這種升壓電源的噪聲相對(duì)較大，其頻率成分從開(kāi)關(guān)頻率（固定為 1.3MHz）到其數(shù)倍，這是由于電壓和電流輸出波形不一致造成的。pi 拓?fù)?a href="http://m.xsypw.cn/tags/濾波器/" target="_blank">濾波器大輸出電容器用于衰減高頻噪聲分量并平均輸出電壓。結(jié)果是 6.5V 電源具有相對(duì)較小的輸出噪聲和較小的電流消耗。隨著電流消耗增加，輸出噪聲也會(huì)增加，并且由于升壓轉(zhuǎn)換器固有的噪聲拓?fù)?，一些寬帶噪聲仍然存在?為了進(jìn)一步降低噪聲，并向模擬前端提供干凈的“高”電壓軌（必須能夠以高達(dá) 200mA 的電流提供 5V 電壓），ADM7171可調(diào)電壓調(diào)節(jié)器用于將約 500mV 的余量電壓以及約 50mV 的電噪聲轉(zhuǎn)換為熱量?？烧{(diào)線(xiàn)性穩(wěn)壓器產(chǎn)生的 6v 輸出在整個(gè)頻譜范圍內(nèi)相對(duì)來(lái)說(shuō)沒(méi)有噪聲。該 6.0v 電源用于輸出級(jí)中的模擬組件。即使在與模擬前端相關(guān)的額外壓降之后，該 6v電源也提供了超過(guò)所需的余量，使輸出放大器能夠在輸出端提供 5v 電壓。ADP2442是第二個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器AN-1269，用于反相降壓-升壓配置，提供低于 USB 最小電源（0v，接地）的電壓。為了提供一直接地 (0v) 的輸出操作，以類(lèi)似于上述 6v5 軌生成的方式生成負(fù)一伏軌 (-1v0) - 能量存儲(chǔ)在電感器中，電流突然變化創(chuàng)建接地less than電位。類(lèi)似的 pi 濾波器拓?fù)溆糜谒p此過(guò)程產(chǎn)生的帶外信號(hào)，從而產(chǎn)生足夠干凈的 -1v0 電源，為輸出級(jí)以及伺服放大器供電。 生成輸出級(jí)所需的電壓后，需要額外的清潔電源來(lái)操作模擬系統(tǒng)的其他方面。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（DAC 和 ADC）要求模擬輸出/輸入電壓小于或等于電源電壓，并且都要求電源電壓小于 5.5v。 因此，使用ADP7118線(xiàn)性穩(wěn)壓器從上述 6.0v 電源軌生成 5.0v 電源軌，為其余混合信號(hào)組件（上述AD5663R數(shù)模轉(zhuǎn)換器）提供低噪聲、高精度電壓源，這兩個(gè)組件AD7682模數(shù)轉(zhuǎn)換器、AD8210電流檢測(cè)差分放大器和ADG719模擬模式開(kāi)關(guān)。噪聲更低的 5.0v 電源又用于為精密電壓基準(zhǔn)供電，ADR381與 510 歐姆負(fù)載電阻結(jié)合使用，提供高精度、低噪聲 2.5V 電源，能夠提供和吸收模擬前端所需的幾毫安電流。 之后我們看原理圖吧，設(shè)計(jì)的太叼了。數(shù)模轉(zhuǎn)換為了從數(shù)字連接設(shè)備提供模擬輸出，信號(hào)從波形的二進(jìn)制表示轉(zhuǎn)換為模擬近似值。該過(guò)程是使用兩通道AD5663R數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的，提供 16b 轉(zhuǎn)換、快速建立時(shí)間（高帶寬）和簡(jiǎn)單的數(shù)字接口。 數(shù)字接口是使用與串行外設(shè)接口（或SPI）密切相關(guān)的時(shí)鐘數(shù)字串行協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)的。） 標(biāo)準(zhǔn)。包含十六位數(shù)據(jù)和八個(gè)配置位的二十四位字被寫(xiě)入數(shù)字線(xiàn)，從高位開(kāi)始，一直到最后一位。單獨(dú)的時(shí)鐘線(xiàn)用于指定數(shù)據(jù)在哪些時(shí)間點(diǎn)有效。同步線(xiàn)被選通以交替后續(xù)的 24b 字。鎖存線(xiàn)被選通以觸發(fā)將存儲(chǔ)在器件存儲(chǔ)器中的字轉(zhuǎn)換為輸出線(xiàn)上的模擬電壓。對(duì)于器件上的每個(gè)樣本，寫(xiě)入兩個(gè) 24b 字，選通它們之間的同步線(xiàn)，然后切換鎖存線(xiàn)以同時(shí)開(kāi)始模擬值的變化。為了減少模擬值變化的高頻成分，在器件的模擬輸出端放置了兩個(gè)串聯(lián)的單極點(diǎn)低通濾波器，模數(shù)轉(zhuǎn)換為了測(cè)量來(lái)自數(shù)字連接設(shè)備的模擬信號(hào)，模擬信號(hào)必須被離散化，因此，構(gòu)建頻率正確、高精度的模擬信號(hào)表示形式面臨著所有挑戰(zhàn)。為了對(duì)兩個(gè)模擬通道（每個(gè)通道都有電壓和電流測(cè)量）進(jìn)行采樣，使用了兩個(gè)四通道AD768216 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每個(gè)轉(zhuǎn)換器接收兩個(gè)通道的模擬信號(hào)，從而可以同時(shí)轉(zhuǎn)換任意通道的電壓和電流。任一通道的組合。伺服回路M1K 的模擬前端圍繞每個(gè)通道的單個(gè)控制環(huán)路構(gòu)建，其中一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)用于在電壓和電流控制之間切換，另一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)用于控制通道輸出的特性。模擬控制環(huán)路用于根據(jù)來(lái)自數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)來(lái)伺服測(cè)量參數(shù)。該環(huán)路由多個(gè)分立組件構(gòu)成，每個(gè)組件都至關(guān)重要，并且針對(duì)當(dāng)前的應(yīng)用精心挑選。該環(huán)路需要向外部系統(tǒng)提供至少一瓦的電力或由外部系統(tǒng)提供的電力，并具有高帶寬，以便實(shí)現(xiàn)高達(dá)幾百千赫茲的目標(biāo)信號(hào)輸出。 此外，環(huán)路需要提供與所選 16b 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器相匹配的低噪聲和高精度操作。平衡這些參數(shù)會(huì)導(dǎo)致環(huán)路反饋控制和功率輸出級(jí)的分離。功率級(jí)由高輸出電流驅(qū)動(dòng)器部件構(gòu)建 - 由于有限的輸入電壓范圍和即使在低控制下也非零壓降，驅(qū)動(dòng)器被配置為增益為 2 的非反相放大器，參考高精度 2.5v供應(yīng)。 由于在此配置中，功率級(jí)將電流吸收至 2.5v 電源軌，并且精密基準(zhǔn)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)稱(chēng)性能，因此吸收電流和源電流都很昂貴，因此產(chǎn)生 2.5v 電源的基準(zhǔn)采用小型 (500o) 下拉電阻器進(jìn)行偏置以保持（共享其他組件）參考的正確性能。功率級(jí)由高輸出電流驅(qū)動(dòng)器部件構(gòu)建 - 由于有限的輸入電壓范圍和即使在低控制下也非零壓降，驅(qū)動(dòng)器被配置為增益為 2 的非反相放大器，參考高精度 2.5v供應(yīng)。 由于在此配置中，功率級(jí)將電流吸收至 2.5v 電源軌，并且精密基準(zhǔn)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)稱(chēng)性能，因此吸收電流和源電流都很昂貴，因此產(chǎn)生 2.5v 電源的基準(zhǔn)采用小型 (500o) 下拉電阻器進(jìn)行偏置以保持（共享其他組件）參考的正確性能。功率級(jí)由高輸出電流驅(qū)動(dòng)器部件構(gòu)建 - 由于有限的輸入電壓范圍和即使在低控制下也非零壓降，驅(qū)動(dòng)器被配置為增益為 2 的非反相放大器，參考高精度 2.5v供應(yīng)。由于在此配置中，功率級(jí)將電流吸收至 2.5v 電源軌，并且精密基準(zhǔn)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)稱(chēng)性能，因此吸收電流和源電流都很昂貴，因此產(chǎn)生 2.5v 電源的基準(zhǔn)采用小型 (500o) 下拉電阻器進(jìn)行偏置以保持（共享其他組件）參考的正確性能。 該同相功率放大器級(jí)使用電流反饋架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)其提供的高帶寬和功率。這種拓?fù)淠７铝烁鼈鹘y(tǒng)的電壓反饋部件，但有一些額外的注意事項(xiàng)。甚至毫微微法或皮法的寄生電容的存在，加上理想功率放大器級(jí)所需的高帶寬，很容易產(chǎn)生高頻振蕩，除非在反饋中添加串聯(lián) RC 反饋網(wǎng)絡(luò)作為高通濾波器，從而降低總體高頻增益。放大器，但保持所有負(fù)載的穩(wěn)定性。功率放大器的輸出端添加了一個(gè) 2 歐姆串聯(lián)電阻，以設(shè)置設(shè)備的最小輸出阻抗，從而保護(hù) m1000 和任何連接的系統(tǒng)免受過(guò)流情況的影響。 該功率放大器采用高精度軌至軌運(yùn)算放大器，輸入和輸出電壓偏移均較低。ADA4661還可以用作單位增益電流放大器，針對(duì)[其他地方]所述的AD8210 電流檢測(cè)放大器的輸出。ADG719 CMOS 模擬開(kāi)關(guān)可以選擇將電流檢測(cè)反饋或電壓檢測(cè)反饋連接到伺服放大器的反相輸入。 相比之下，伺服放大器相對(duì)輕松，但需要仔細(xì)考慮，以確保系統(tǒng)行為，同時(shí)在代表極高或極低噪聲或阻抗的負(fù)載上施加電流。模擬電位器用作可編程全通濾波器，對(duì)環(huán)路頻率響應(yīng)提供一定程度的控制，并具有可調(diào)節(jié)的高頻增益或衰減。這使得即使在 t=0 時(shí)的大電感器等高阻抗設(shè)備上也能以更高的精度提供電流，其中小的擾動(dòng)很容易產(chǎn)生高振幅、高變化率的感測(cè)信號(hào)。 電流測(cè)量任何反饋控制系統(tǒng)的特性（例如 M1K 上的電流力環(huán)）至少受到傳感器特性的限制。此外，M1K 表征連接系統(tǒng)阻抗的能力依賴(lài)于對(duì)實(shí)際輸出電流的精確、高速測(cè)量。在類(lèi)似此類(lèi)器件的設(shè)計(jì)中，電流測(cè)量是限制性能的主要障礙，而INA213、LT1999 或 MAX9919F等經(jīng)濟(jì)高效的測(cè)量器件均面臨著共模誤差、低速或共模非線(xiàn)性的問(wèn)題。 模式電壓范圍。這并不令人震驚。所有這些放大器都有一項(xiàng)艱巨的任務(wù) - 在高端檢測(cè)配置中，它們監(jiān)視充當(dāng)分流器的小型精密電阻器上的壓降。這些部件必須放大微伏的差分信號(hào)，同時(shí)抑制快速變化的共模電位。在空載輸出上以 10 kHz 掃描 0 至 5 伏的三角波，即使對(duì)于這些放大器中最好的放大器來(lái)說(shuō)也是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈兊?a href="http://m.xsypw.cn/v/tag/773/" target="_blank">工作原理是抑制基波頻率許多倍的諧波，跨越整個(gè)軌到軌輸入范圍。 當(dāng)使用分立元件或集成解決方案實(shí)現(xiàn)時(shí)，在存在大共模電壓的情況下測(cè)量小信號(hào)的放大器的標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)洳](méi)有表現(xiàn)得更好。 規(guī)范的四電阻器、單運(yùn)算放大器差分放大器提供了一種看似有吸引力的解決方案。首次檢查時(shí)，該系統(tǒng)提供了完美的直流共模抑制、極高的輸入阻抗、易于調(diào)節(jié)的增益以及寬輸入電壓范圍。不幸的是，這些特性只有在使用理想電阻器和完美運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)拓?fù)鋾r(shí)才存在，而這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常罕見(jiàn)且昂貴。任何電阻之間小至 0.1% 的失配都會(huì)導(dǎo)致共模抑制不超過(guò) 66dB，相當(dāng)于滿(mǎn)量程掃描時(shí)出現(xiàn)的幻象毫安電流。 運(yùn)算放大器節(jié)點(diǎn)之間的偏置電流、輸入阻抗和寄生效應(yīng)等額外不匹配使得該拓?fù)浜茈y用于我們的目的。 三運(yùn)算放大器儀表放大器是另一種在存在大共模電壓的情況下經(jīng)常遇到的小信號(hào)測(cè)量解決方案，效果也好不到哪里去。在此配置中，如上所示的差分放大器前面有兩個(gè)緩沖器/增益級(jí)，可提供更高的輸入阻抗，并且通過(guò)將大多數(shù)匹配電阻器與放大器集成在同一芯片上，可以緩解導(dǎo)致共模性能較差的許多問(wèn)題。通過(guò)工廠(chǎng)精確調(diào)整進(jìn)行模式抑制。不幸的是，由于輸入后緊接著增益級(jí)，因此該拓?fù)錈o(wú)法在電壓源增益的倍數(shù)范圍內(nèi)對(duì)具有共模電壓的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。這意味著增益為 20 的三運(yùn)放儀表放大器， 那么，M1K 是如何解決這一設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的呢？ADI提供一系列適用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)控制應(yīng)用的高性能雙向電流檢測(cè)放大器。AD8210提供 450KHz 的小信號(hào)帶寬，對(duì)于頻率高達(dá) 100KHz 的 0v 至 5v 共模電壓提供 80 至 95dB 的共模抑制，似乎非常適合高端分流信號(hào)轉(zhuǎn)換。毫不奇怪，考慮到前面列舉的挑戰(zhàn)，從這一部分獲得可接受的性能并非沒(méi)有挑戰(zhàn)。

讓我們首先通過(guò)查看 AD8210 數(shù)據(jù)表中的圖 1 來(lái)考慮 AD82xx 系列的拓?fù)?。解釋一下工作原理部分（?X 頁(yè)）以及與熟悉該部分的 ADI 人員的對(duì)話(huà)……由 R1、R2、A1、Q1、Q2 組成的電流模式差分放大器用于將輸入端的小電壓差轉(zhuǎn)換為通過(guò) Q1 和 Q2 發(fā)射極的電流差，Q1 和 Q2 用作從輸入到輸出增益級(jí)的前置放大器和緩沖器。R3 和 R4 將這些電流差轉(zhuǎn)換回接地參考電壓差，其中儀表放大器 A2 具有明確定義的操作，并對(duì)這些電壓進(jìn)行相減和相乘，從而提供凈增益為 20 倍的中點(diǎn)參考輸出電壓。 該拓?fù)涮峁┝讼惹懊枋龅募軜?gòu)的許多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)使用電平轉(zhuǎn)換電流模式拓?fù)鋪?lái)解決上述架構(gòu)的固有限制。將所有必要的匹配良好的組件集成在與主放大器相同的硅片上，允許工廠(chǎng)調(diào)整以保持所需的高共模抑制，并且電平轉(zhuǎn)換架構(gòu)可防止儀表放大器在各種范圍內(nèi)飽和。 上述電路的同樣有效的表示顯示了與負(fù)輸入串聯(lián)的 0.5Ω 檢測(cè)電阻。看到問(wèn)題了嗎？0.5Ω 檢測(cè)電阻對(duì)應(yīng)于差分放大器輸入級(jí)引腳之間大約 0.03% 的失配，導(dǎo)致觀(guān)察到的共模信號(hào)衰減約 70dB。幸運(yùn)的是，解決方案很簡(jiǎn)單 - 添加一個(gè)額外的 0.5Ω 電阻器與每個(gè)放大器的正輸入串聯(lián)，從而為“力”電流路徑帶來(lái)平衡。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的最大電壓輸入與放大器的輸出范圍不匹配導(dǎo)致了額外的復(fù)雜性。由 150o 電阻器、600o 電阻器和 10nf 電容器構(gòu)成直流增益為 4/5 且轉(zhuǎn)折頻率略高于 100KHz 的單極低通濾波器。這有助于將動(dòng)態(tài)范圍降低至與 ADC 的 4.096v 參考電壓相匹配的動(dòng)態(tài)范圍，而無(wú)需添加額外的參考電壓。這還提供了降低 ADC 的有效阻抗和帶外噪聲的額外好處，并有助于防止 ADC 采樣反向耦合到模擬信號(hào)路徑中。輸出級(jí)為了尋求一款經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的設(shè)備，作為在未知的供電或未供電系統(tǒng)上工作時(shí)的首選，我們對(duì)設(shè)備的輸出級(jí)進(jìn)行了仔細(xì)的考慮。來(lái)自磁通感應(yīng)線(xiàn)圈的寄生電壓尖峰或意外連接到外部電池不應(yīng)立即對(duì)設(shè)備造成損壞。提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出自然范圍的電壓和電流測(cè)量應(yīng)該是微不足道的。 使設(shè)備處于能夠測(cè)量非常小的電流信號(hào)的狀態(tài)也應(yīng)該是可行的，例如pH探針或熱電偶產(chǎn)生的電勢(shì)。這些看似矛盾的要求催生了圍繞四通道低電阻開(kāi)關(guān)構(gòu)建的多功能輸出級(jí)，提供五十歐姆連接電阻到半電位和零電位，以及到輸出連接和功率驅(qū)動(dòng)器輸出的獨(dú)立連接。這種配置允許單個(gè)外部電阻器將電壓或電流分壓至測(cè)量級(jí)范圍內(nèi)的水平。