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2.3.2 使用软件验证仪表放大器输入共模范围

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欢迎参加 TI 高精密实验室 本节将讨论使用仪表放大器 驱动 SAR 型 ADC 的设计考虑 下面我们讨论如何使用软件 来得到任意条件下的共模和摆幅的关系 软件的界面如图所示 这个软件可以计算不同条件下 仪表放大器的输出范围 首先选择你使用的放大器 然后输入供电电压、增益和参考电压 点击绘制按钮 然后输入共模电压 注意到共模电压为纵坐标轴 而输出电压为横坐标轴 而输出电压为横坐标轴 选择的共模电压为一条绿色的水平线 输出摆幅的限制就是绿色的线条和 红色与白色线条的交点 并且这个交点的值也会显示在 输出最大和最小两个文本框里面 可以看到输出摆幅是 -14.8 到 14.2V 这个范围大于 ±10V 所以设计不会有摆幅的限制 通常 INA 电路遇到最多的问题 就是摆幅限制的问题 所以设计的时候 使用这个软件工具确认一下 非常有帮助 非常有帮助 我们换一种单极性输入的电压模式来讨论 例如 1mV 到 20mV 的输入范围 需要使用仪表放大器转换为 ±50V 通过仪表放大器的输入输出关系公式 输入差分电压为 20mV 输出最大电压 最小为 20V 的峰峰值 所以增益还是 1000 那么问题来了 输入 21mV 的电压 放大 1000 倍 输出将会是 21V 而我们需要 10V 所以通过调节参考电压来实现 通过分析计算发现 参考电压为 -11V 的时候 可以调节到 ±10V 的范围 -11V 的基准电压 可以通过电阻分压器和运放 缓冲器来实现 为啥要用缓冲器呢 因为 INA 的 REF 端为低阻抗节点 直接使用分压器会产生误差 再来看一个违反共模限制的例子 这个电路的目的是将 0 到 10mV 的信号 转换为 0 到 10V 电路的应用测量是 12V 电源轨的高边电流 将输入条件输入到软件中发现 当共模电压为 12 V的时候 输出摆幅仅仅为 ±6.4V 所以这样的配置 放大器得不到 0 到 10V 的输出摆幅范围 可能需要重新选择其他的 INA 实现 前面讨论了使用 INA 驱动带有 PGA 的 SAR 型 ADC 的方法 因为 PGA 本身就是一个高速的缓冲器 使用 INA 驱动没有问题 但是如果 INA 驱动 低成本高精度的开关电容输入型的 SAR 型 ADC 就需要级联一个额外的高速缓冲器 这里使用了 OPA320 这个高速缓冲器是为 内部的采样保持电路服务的 后面我们会做进一步的讨论 是关于如何选择缓冲器和 RC 电路 好的,本章节就到这里 你也可以通过检测题来提高您对本章节的理解

欢迎参加 TI 高精密实验室

本节将讨论使用仪表放大器

驱动 SAR 型 ADC 的设计考虑

下面我们讨论如何使用软件

来得到任意条件下的共模和摆幅的关系

软件的界面如图所示

这个软件可以计算不同条件下

仪表放大器的输出范围

首先选择你使用的放大器

然后输入供电电压、增益和参考电压

点击绘制按钮

然后输入共模电压

注意到共模电压为纵坐标轴

而输出电压为横坐标轴

而输出电压为横坐标轴

选择的共模电压为一条绿色的水平线

输出摆幅的限制就是绿色的线条和

红色与白色线条的交点

并且这个交点的值也会显示在

输出最大和最小两个文本框里面

可以看到输出摆幅是 -14.8 到 14.2V

这个范围大于 ±10V

所以设计不会有摆幅的限制

通常 INA 电路遇到最多的问题

就是摆幅限制的问题

所以设计的时候

使用这个软件工具确认一下

非常有帮助

非常有帮助

我们换一种单极性输入的电压模式来讨论

例如 1mV 到 20mV 的输入范围

需要使用仪表放大器转换为 ±50V

通过仪表放大器的输入输出关系公式

输入差分电压为 20mV

输出最大电压

最小为 20V 的峰峰值

所以增益还是 1000

那么问题来了

输入 21mV 的电压

放大 1000 倍

输出将会是 21V

而我们需要 10V

所以通过调节参考电压来实现

通过分析计算发现

参考电压为 -11V 的时候

可以调节到 ±10V 的范围

-11V 的基准电压

可以通过电阻分压器和运放

缓冲器来实现

为啥要用缓冲器呢

因为 INA 的 REF 端为低阻抗节点

直接使用分压器会产生误差

再来看一个违反共模限制的例子

这个电路的目的是将 0 到 10mV 的信号

转换为 0 到 10V

电路的应用测量是

12V 电源轨的高边电流

将输入条件输入到软件中发现

当共模电压为 12 V的时候

输出摆幅仅仅为 ±6.4V

所以这样的配置

放大器得不到 0 到 10V 的输出摆幅范围

可能需要重新选择其他的 INA 实现

前面讨论了使用 INA 驱动带有 PGA 的

SAR 型 ADC 的方法

因为 PGA 本身就是一个高速的缓冲器

使用 INA 驱动没有问题

但是如果 INA 驱动

低成本高精度的开关电容输入型的 SAR 型 ADC

就需要级联一个额外的高速缓冲器

这里使用了 OPA320

这个高速缓冲器是为

内部的采样保持电路服务的

后面我们会做进一步的讨论

是关于如何选择缓冲器和 RC 电路

好的,本章节就到这里

你也可以通过检测题来提高您对本章节的理解

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2.3.2 使用软件验证仪表放大器输入共模范围

所属课程:TI 高精度实验室 – ADC系列视频 发布时间:2018.03.15 视频集数:28 本节视频时长:3:27
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