在設計儀表放大器時，可能會注意共模輸入電壓 (VCM) 的可實現輸出電壓 (VOUT) 范圍的特性以及 REF 引腳的處理方式，但有時會疏忽規則而難以達到性能，ADI AD8237 就是為避免此類疏忽和設計裕量而開發的儀表放大器。本文將介紹 ADI AD8237 儀表放大器的兩大特性優勢，以及它的菱形圖。

AD8237 是一款微功耗、零漂移、軌到軌輸入/輸出儀表放大器，具有兩個電阻，允許 1~1000 倍的增益設置。它與一般儀表放大器的區別在于兩個方面：一是具有特殊架構的參考 (REF) 引腳；另外間接電流反饋架構可用于在高增益設置下實現理想的菱形圖，這兩個特性簡化了 AD8237 的電路設計過程。接下來為大家展開介紹這兩個特性：

具有特殊架構的 REF 引腳

所有儀表放大器都配有 REF 引腳，這是一個方便的引腳，它根據該引腳確定輸出電壓。在典型的儀表放大器中，REF 引腳必須以低阻抗驅動，因此通常在電阻分壓器之后用運算放大器等進行緩沖，以實現低阻抗，如下圖 (圖1) 中 B 所示。需要注意，如果采用下圖 (圖1) 中 A 所示的電阻分壓驅動方法，則該電阻分壓器會破壞減法電路的平衡，從而導致儀表放大器的共模抑制比降低，增益精度降低。

圖1 如何連接儀表放大器的參考引腳

AD8237 的 REF 引腳具有特殊的架構。因此，即使 REF 引腳的電位由電阻分壓決定，性能也不會受到影響。對于增益較高的配置，也可以通過直接連接半固定電阻器來調整它。這減少了儀表放大器電路中 REF 引腳緩沖器所需的運算放大器數量。另外 AD8237 的失調偏移電壓非常小，但失調偏移失調可以在這里調整。

儀表放大器共模電壓范圍菱形圖

下圖 (圖2) 顯示了給定共模輸入電壓 (VCM) 的可實現輸出電壓 (VOUT)。 由于它的形狀為六邊形，ADI 稱其為菱形圖。儀表放大器似乎與共模輸入電壓無關，但當共模輸入電壓接近電源電壓時，即使輸入和輸出電壓本身在范圍內，也會使內部放大器飽和。在簡單運算放大器電路中，裕量完全由共模輸入電壓范圍和輸出電壓決定。但是，由于儀表放大器使用 2~3 個運算放大器的組合，因此有必要考慮它們各自的輸入范圍、輸出范圍和如內部節點等裕量限制的組合。這些范圍應在菱形圖表示的白色區域中使用，并在圖中標記為 VALID RANGE。 這對于低電源電壓和單電源應用尤其困難，因為在這些應用中，菱形圖要小得多，工作范圍有限。

圖2 菱形圖 (來源：ADI 儀表放大器共模電壓范圍菱形圖)

ADI AD8237 菱形圖

AD8237 是為數不多的能夠在大多數配置中與菱形圖理想匹配的儀表放大器之一。對于較大的增益設置 (G=100)，如下圖 (圖3) 所示，AD8237 的菱形圖是一個簡單的矩形。憑借這些菱形圖特性，AD8237 能夠完全放大非常小的信號，即使共模電壓等于或略高于電源電壓。

圖3 AD8237 的菱形圖 (來源：AD8237 數據手冊) 總結

對于儀表放大器電路設計，AD8237 無需在 REF 引腳上配置緩沖運算放大器，從而減小電路尺寸。此外，間接電流反饋架構為高增益設置提供了理想的菱形圖，使設計人員能夠設計出相對于輸入共模電壓 (VCM) 的寬輸出電壓 (VOUT) 范圍。