模数转换器 (ADC)
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2.4.1 仪表放大器输入范围计算
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
重点讲解当使用仪表放大器设计驱动时
增益和偏移的控制
最后还会探讨一下使用软件工具
验证线性范围与共模电压之间的关系
仪表放大器或者简称 INA
抑制共模信号，放大差模信号
并且将输出移位到参考电压上
通常的 INA
会针对低噪声和低漂移做优化
以适应直流放大的场合
并且 INA 的带宽通常较低
用与放大缓变的低频传感器信号
由于带宽较低的原因
INA 通常不适合
直接驱动开关输入型的 SAR 型 ADC
但是可以直接驱动带有 PGA 的
高阻抗输入性的 SAR 型 ADC
这个例子包含了一个 INA
和一个带 PGA 的 ADC
需要合理的设计系统增益
输入信号为 ±10mV
ADC 有几种输入模式
这里选择±10V
那么可以计算出
需要将输入信号放大 1000 倍
就可以得到 ±10V 的范围
INA 放大 1000 倍
通常只需要一个外置电阻
这个电阻和增益的关系
可以从芯片手册中找到
例如使用 INA826
那么根据手册的计算公式
放大 1000 倍
需要 49.9Ω 的电阻
INA 的输入输出关系为
输出电压等于输入电压乘以增益
再加上基准电压
在这个例子中
INA 的输入输出
ADC 的输入都是双极性的
所以不需要电平移位
可以将电阻设计为 49.9Ω
输入 10mV 的信号
就可以得到 10V 的 ADC 驱动信号
在前面的 TI 高精密实验室中
有个章节叫作
ADC 驱动放大器线性范围设计
ADC 驱动放大器线性范围设计
探讨了放大器共模和输出摆幅的限制
仪表放大器由多个放大器构成
图中为一个典型的三运放结构
每一个内部的放大器
都有它的输入输出范围限制
这些限制的组合
构成了仪表放大器共模范围
和输出摆幅的限制
输出摆幅受限于输入共模、供电电压
增益和基准电压
输出摆幅和这些参数的关系比较复杂
很难使用一个指标或者公式来表达
通常手册中会给出一个图表来描述
输出摆幅和共模电压之间的关系
下面这个例子
INA826 的手册中包含这个图表
用于描述共模电压与输出摆幅之间的关系
看懂这幅图的关键点在于
输出电压总是和输入差分电压
与增益的乘积相等
这个图是在特定的工作条件下测到的
所以其他条件需要做相应的转换
例如左图的供电电压为 5V
增益为 1
两种不同基准电压下
得到的共模与摆幅的关系
下面我们讨论如何使用软件
来得到任意条件下的共模与摆幅的关系
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