儀表放大器

ADI公司的儀表放大器是精密增益模塊，輸入為差分式，輸出可以是差分式，也可以是相對于參考端的單端式。這些器件能夠放大兩個輸入信號電壓之間的差值，同時抑制兩個輸入端共有的任何信號。儀表放大器廣泛用于許多工業、測量、數據采集和醫療應用，這些應用要求在高噪聲環境下保持直流精度和增益精度，而且其中存在大共模信號（通常為交流電力線頻率）。

儀表放大器的鉆石圖工具

儀表放大器鉆石圖工具是一款由ADI公司開發的在線工具，可用于此類計算。該工具可自動為所需輸出信號的參考電壓、輸入信號、電源電壓和增益計算可能的配置。它通過圖形顯示特定輸出信號可能的參數組合。

鉆石圖工具是一個網絡應用程序，可生成特定配置的輸出電壓范圍與輸入共模電壓關系圖，也被稱為鉆石圖，適用于ADI儀表放大器。根據電源電壓、增益和輸入信號范圍等用戶輸入參數，該工具可檢測設計飽和情況，推薦合適的儀表放大器使輸入信號在規格范圍內并且配置的電路是有效的。 該工具能避免設計飽和，找到適合設計的最佳儀表放大器，節省設計時間。

儀表放大器是適合壓力或溫度測量等各種應用的出色組件，它的主要作用包括信號放大和阻抗適配。

在許多情況下，儀表放大器具有參考輸入引腳。在參考引腳上增加電壓會使輸出信號升高同等電壓。這樣就能簡單精確地將儀表放大器的輸出調整到ADC所需的輸入電平，從而可以使用ADC的完整輸入范圍，同時提高分辨率。在具有高共模信號的情況下，另一優勢是極為出色的共模抑制比和高精度。

圖1所示為典型3運算放大器設計中儀表放大器的內部原理圖。AD8421具有通用特性，適合各種應用。

圖1. 典型儀表放大器的內部架構

使用儀表放大器時應當意識到，最大輸出電壓取決于輸入信號（共模或差分信號）、增益、電源電壓以及可能來自內部結構的限制。在3運算放大器架構中，第一級放大器（反相和同相輸入）以預設增益放大輸入信號。第二級放大器起到的是減法器作用。輸出信號由兩個輸入信號相減而構成。參考電壓會加到生成組合輸出的信號中。

生成這種內部模擬信號后，不同的因素現在可能導致內部飽和，并可能減少最大工作區域。這些因素如下：

1、輸入電壓信號對于預設增益過高

2、參考電壓對于生成的輸出電壓信號過高

3、電源電壓過低

輸出電壓和儀表放大器工作區域取決于最大輸入信號、增益、參考電壓以及所選架構的限制，因此兩者計算起來都有難度。如果把這些因素放在一張圖中，可以得到一個菱形圖，即所謂的鉆石圖。菱形圖的空間表示可能的工作區域。計算起來并不簡單，因為有多個輸入和輸出。

儀表放大器鉆石圖工具是一款由ADI公司開發的在線工具，可用于此類計算。該工具可自動為所需輸出信號的參考電壓、輸入信號、電源電壓和增益計算可能的配置。它通過圖形顯示特定輸出信號可能的參數組合。

該工具包含所有ADI儀表放大器的規格，使用起來快捷方便。

圖2至圖4所示為該工具的圖形用戶界面及其鉆石圖、內部電路和建議使用的工具選項對應的窗口。

在第一個窗口（圖2）中，您可以輸入所需的全部參數，計算鉆石圖，并將其直觀顯示出來（可能的參數包括輸入信號、增益、電源電壓和參考電壓）。對于輸入信號，您可以選擇共模信號或差分信號。此外，該工具還有助于確定所選放大器的局限性并區分輸入-輸出和內部限制。現在可以估算工作區域。一般來說，建議在運算時不要太接近鉆石圖極限。

圖2. 儀表鉆石圖

儀表放大器鉆石圖工具的第二個窗口提供該放大器的內部視圖，并顯示詳細的原理圖（圖3）。通過此視圖可以看到技術細節和各自的內部電壓。在需要檢查設計中可能的錯誤時，這一點非常重要。另外還提供控制模式來評估所選參數并提供替代方案（圖4）。

圖3. 儀表放大器簡化原理圖

圖4. 建議使用的儀表放大器

借助儀表放大器鉆石圖工具，ADI可以幫助您揭開鉆石圖的秘密。該工具提供簡單的用戶界面，24/7全天候在線可用，您可以隨時選擇和評估各種儀表放大器并設計更復雜的原理圖。