模数转换器 (ADC)
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2.4.2 使用软件验证仪表放大器输入共模范围
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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