一般而言,人們可以使用精密電阻來實(shí)現(xiàn)精密增益設(shè)置,但這種電阻很昂貴,而且要占用寶貴的PCB空間。另外,每個電阻的溫漂情況不同,故增益也可能隨著溫度而變化。因此,人們需要一種單芯片放大器,它能放大或衰減信號,但性能不會有任何降低。
單IC增益模塊提供?到6的精密增益
發(fā)布時間:2020-02-04 來源:Chau Tran 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】許多應(yīng)用都需要利用增益模塊來放大弱信號或衰減大信號,使之與ADC的滿量程輸入范圍匹配。遺憾的是,采用分立放大器和外部電阻的典型增益模塊有很多缺點(diǎn),例如低精度和漂移限制等。舉例來說,采用標(biāo)準(zhǔn)1%、100 ppm/°C增益電阻時,初始增益誤差可能達(dá)到2%,溫漂可能達(dá)到200 ppm/°C。
一般而言,人們可以使用精密電阻來實(shí)現(xiàn)精密增益設(shè)置,但這種電阻很昂貴,而且要占用寶貴的PCB空間。另外,每個電阻的溫漂情況不同,故增益也可能隨著溫度而變化。因此,人們需要一種單芯片放大器,它能放大或衰減信號,但性能不會有任何降低。
圖1和圖2所示IC框圖配置是性能更高、成本更低、尺寸更小的解決方案。就此功能而言,這種集成產(chǎn)品是尺寸最小的,電路無需其他外部元件。
圖1. 連接精密增益模塊以提供3和6的電壓增益。
圖1中的IC為AD8273,它是一款低失真、雙通道放大器,內(nèi)部具有增益設(shè)置電阻。利用四個已調(diào)整電阻,各通道可配置為高性能差動放大器(G = ½或2)、反相放大器(G = –½或–2)或同相放大器(G = 1½或3)。將兩個放大器組合起來,可以構(gòu)建一個增益可變(¼、½、1、2、3、4和6)的增益模塊。該電路可以采用單電源或雙電源供電,最大電源電流僅為5 mA。
雖然可以采用分立方式構(gòu)建此電路,但將電阻集成在芯片上可以給電路板設(shè)計(jì)人員帶來許多好處,如直流規(guī)格更佳、交流規(guī)格更佳、生產(chǎn)成本更低等。內(nèi)部電阻經(jīng)過激光精密調(diào)整,保持嚴(yán)格匹配。相比于采用標(biāo)準(zhǔn)分立電阻的放大器設(shè)計(jì),這種IC依賴電阻匹配的規(guī)格(如增益漂移、共模抑制、增益精度等)更好。這種集成還縮短了電路板構(gòu)建時間并提高了可靠性。
正負(fù)輸入引腳故意未接出。把這些節(jié)點(diǎn)留在內(nèi)部意味著其電容要顯著低于分立設(shè)計(jì)中的電容。由于這些節(jié)點(diǎn)的電容較低,因此環(huán)路更穩(wěn)定,AC共模抑制性能更好。
該電路支持±2.5 V(5 V單電源)至±18 V(36 V單電源)的寬電源電壓范圍,非常適合測量工業(yè)應(yīng)用中的大信號。此外,該器件的電阻分壓器結(jié)構(gòu)允許其測量超出電源的電壓。
圖2. 連接精密增益模塊以提供½和¼的電壓增益。
圖2所示的AD8273類似電路配置提供增益為½或¼的衰減。增益模塊本身內(nèi)含兩個差動放大器,各放大器的增益為0.5。因此,VOUT1輸出電壓提供½的精密增益,VOUT2輸出電壓提供¼的精密增益。
所有電阻都在增益模塊內(nèi)部,故精度和漂移指標(biāo)均很出色。通常,此類電路的增益精度優(yōu)于0.1%,增益溫度系數(shù)低于5 ppm/°C。由于電路集成到一個芯片中,而不是將數(shù)個分立器件放在PCB上,所以電路板的制作速度更快且效率更高。
最后,很容易看出,集成放大器且內(nèi)置增益設(shè)置電阻的增益模塊相比于分立放大器設(shè)計(jì)有許多優(yōu)勢??梢赃B接很多帶有片內(nèi)電阻的IC以提供各種各樣的選項(xiàng)。此外,相比于分立設(shè)計(jì),使用片內(nèi)電阻給設(shè)計(jì)人員帶來了多項(xiàng)性能優(yōu)勢,因?yàn)?a target="_blank" style="text-decoration:none;" >運(yùn)算放大器電路的大多數(shù)直流性能取決于周圍電阻的精度。內(nèi)部電阻經(jīng)過激光調(diào)整,并經(jīng)過測試以確保匹配精度。因此,該IC在增益漂移、共模抑制和增益誤差等諸多特性上都達(dá)到了很高的要求。其節(jié)省空間的封裝可減少PCB占用面積??傊?,單芯片增益模塊可簡化布局,降低成本,并自動改善系統(tǒng)性能。
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