低功耗、高精度的理想之選：AD8293G80/AD8293G160儀表放大器

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇一款合適的儀表放大器至關(guān)重要，它直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。今天就來介紹一款Analog Devices公司推出的AD8293G80/AD8293G160儀表放大器，看看它有哪些亮點(diǎn)能在眾多產(chǎn)品中脫穎而出。

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產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)

小封裝與低元件數(shù)

AD8293G80/AD8293G160采用8引腳SOT - 23小封裝，能有效節(jié)省電路板空間，對(duì)于對(duì)空間要求苛刻的設(shè)計(jì)是絕佳選擇。同時(shí)，它內(nèi)部集成了增益電阻和濾波電阻，大幅減少了外部輔助元件數(shù)量。例如，實(shí)現(xiàn)一個(gè)2極點(diǎn)濾波器僅需兩個(gè)外部電容，這不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，還降低了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。

高精度性能

1. 低失調(diào)電壓與失調(diào)漂移：最大失調(diào)電壓僅20μV，最大失調(diào)電壓漂移為0.3μV/°C，能在不同環(huán)境溫度下保證輸出的準(zhǔn)確性，減少誤差來源，適用于對(duì)精度要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景。
2. 低增益漂移：最大增益漂移為25ppm/°C，確保在溫度變化時(shí)增益的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)性能更加可靠。
3. 高共模抑制比：典型共模抑制比可達(dá)140dB，能有效抑制共模信號(hào)干擾，提高信號(hào)的質(zhì)量和純度。
4. 低噪聲：在0.01Hz至10Hz頻率范圍內(nèi)，電壓噪聲僅0.7μV p - p，為微弱信號(hào)的放大提供了良好的環(huán)境，避免噪聲對(duì)信號(hào)的干擾。

寬電源范圍與軌到軌輸出

支持1.8V至5.5V的單電源供電，適應(yīng)多種電源環(huán)境。軌到軌輸出功能使得輸出信號(hào)能夠充分利用電源電壓范圍，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍和信號(hào)處理能力。

兩種固定增益可選

提供AD8293G80（增益80）和AD8293G160（增益160）兩種固定增益型號(hào)，方便工程師根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行選擇，無需額外設(shè)置增益電阻，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程。

工作原理剖析

電流模式校正拓?fù)?/h3>

AD8293G80/AD8293G160是基于精密電流模式校正的儀表放大器，采用電壓 - 電流放大器和電流 - 電壓放大器組合的電路結(jié)構(gòu)。當(dāng)施加差分輸入電壓時(shí)，會(huì)在外部電阻R1上產(chǎn)生電流，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為信號(hào)電流，再通過晶體管將信號(hào)電流傳輸?shù)?a target="_blank">運(yùn)算放大器A1的反相輸入端，最后由A1和外部電阻R2將電流轉(zhuǎn)換為軌到軌輸出電壓。

高精度自動(dòng)歸零放大器

運(yùn)算放大器A1采用高精度自動(dòng)歸零技術(shù)，能有效校正內(nèi)部失調(diào)誤差，同時(shí)保持了自動(dòng)校正電流模式放大器拓?fù)涞母咝阅埽瑸橛脩籼峁┱嬲碾妷狠斎?- 電壓輸出的儀表放大功能。

出色的共模抑制和電源抑制

其自動(dòng)校正架構(gòu)能持續(xù)校正失調(diào)誤差，包括輸入或電源電壓變化引起的失調(diào)誤差，從而在整個(gè)工作溫度范圍（ - 40°C至 + 85°C）內(nèi)實(shí)現(xiàn)卓越的共模抑制比（CMR）和電源抑制比（PSR）性能。而且與R2串聯(lián)的寄生電阻不會(huì)降低CMR，僅會(huì)引起小的增益誤差和極小的失調(diào)誤差，無需外部緩沖放大器來驅(qū)動(dòng)VREF，降低了系統(tǒng)成本。

1/f噪聲校正

1/f噪聲（閃爍噪聲）是半導(dǎo)體器件固有的噪聲，在低頻或直流應(yīng)用中會(huì)導(dǎo)致較大誤差。AD8293G80/AD8293G160的自動(dòng)校正拓?fù)淠苡行p少這種噪聲，使其在直流附近的噪聲低于標(biāo)準(zhǔn)低噪聲儀表放大器。

應(yīng)用信息與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輸出與濾波設(shè)計(jì)

該放大器有OUT（引腳6）和ADC OUT（引腳4）兩個(gè)輸出端。ADC OUT端包含一個(gè)5kΩ的串聯(lián)電阻，與外部電容C3可組成二階濾波器，用作ADC抗混疊濾波器，相比直接從OUT端獲取信號(hào)，使用抗混疊濾波器時(shí)ADC OUT端的開關(guān)紋波會(huì)稍小。

輸出濾波可采用兩級(jí)濾波器來設(shè)置濾波頻率。主濾波器由R2和C2組成，用于限制輸出端的開關(guān)噪聲，R2值因型號(hào)而異（AD8293G80為160kΩ，AD8293G160為320kΩ）。通過公式(C2 = 1 / (700 × 2 × π × R2))可計(jì)算出設(shè)置700Hz主濾波器所需的C2值。輔助濾波器由內(nèi)部5kΩ電阻R3和外部電容C3組成，通過公式(C3 = 1 / (700 × 2 × π × 5kΩ))計(jì)算C3值，兩個(gè)濾波器結(jié)合可實(shí)現(xiàn)500Hz的帶寬。對(duì)于低帶寬（<10Hz）應(yīng)用，僅需主濾波器即可。

參考連接

與傳統(tǒng)的3運(yùn)放儀表放大器不同，AD8293G80/AD8293G160的REF（引腳3）串聯(lián)的寄生電阻不會(huì)降低CMR性能，無需外部緩沖放大器驅(qū)動(dòng)REF引腳，節(jié)省了電路板空間和系統(tǒng)成本。在單電源應(yīng)用中，為獲得最佳性能，可使用低噪聲精密電壓參考（如ADR44x）設(shè)置REF；為降低成本，也可使用簡(jiǎn)單的電阻分壓器設(shè)置參考電壓，但電阻值偏差可能會(huì)導(dǎo)致輸出失調(diào)性能下降。在雙電源應(yīng)用中，VREF可直接連接到GND。

時(shí)鐘饋通與電源旁路

該放大器使用兩個(gè)同步時(shí)鐘進(jìn)行自動(dòng)校正，在OUT引腳可觀察到微量時(shí)鐘頻率信號(hào)，其可見校正饋通量取決于R2/C2設(shè)置的濾波器值?？赏ㄟ^ADC OUT端的R3/C3濾波器進(jìn)一步減少校正饋通。

由于使用內(nèi)部生成的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)校正，因此需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾娫磁月芬垣@得最佳性能。在電源線上應(yīng)連接一個(gè)0.1μF的表面貼裝電容，以減少IC內(nèi)部校正時(shí)鐘產(chǎn)生的紋波。雙電源工作時(shí)，每個(gè)電源引腳到GND都應(yīng)連接一個(gè)0.1μF的陶瓷表面貼裝電容；單電源工作時(shí)，從電源線到GND連接一個(gè)0.1μF的表面貼裝電容。所有旁路電容應(yīng)盡量靠近器件電源引腳，最好放置在器件正下方的電路板背面。

輸入過壓保護(hù)

AD8293G80/AD8293G160的所有引腳都具有ESD保護(hù)功能。當(dāng)存在超過電源電壓的直流過載電壓時(shí)，大電流會(huì)直接通過ESD保護(hù)二極管。為避免這種情況，可在輸入端串聯(lián)一個(gè)外部電阻來限制電流，電阻值可通過公式(R{EXT} = (V{IN} - V_{S}) / 5mA)計(jì)算。

應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

電流檢測(cè)

憑借其高精度和低噪聲特性，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)微小電流變化，為系統(tǒng)提供精確的電流信息，適用于電池管理、電源監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

應(yīng)變計(jì)測(cè)量

應(yīng)變計(jì)輸出的信號(hào)通常非常微弱，需要高精度的放大器進(jìn)行放大。AD8293G80/AD8293G160的低失調(diào)電壓和高共模抑制比能有效提取應(yīng)變計(jì)信號(hào)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)稱重、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

激光二極管控制環(huán)路

在激光二極管控制系統(tǒng)中，需要精確控制二極管的電流和功率。該放大器的高精度和穩(wěn)定性能夠滿足激光二極管控制的要求，確保激光輸出的穩(wěn)定性和一致性。

便攜式醫(yī)療儀器

對(duì)于對(duì)尺寸、功耗和精度都有嚴(yán)格要求的便攜式醫(yī)療儀器，如血糖儀、血壓計(jì)等，AD8293G80/AD8293G160的小封裝、低功耗和高精度特性使其成為理想選擇。

熱電偶放大器

熱電偶輸出的熱電勢(shì)信號(hào)微弱且易受干擾，該放大器的高共模抑制比和低噪聲性能能夠有效放大和處理熱電偶信號(hào)，準(zhǔn)確測(cè)量溫度變化。

總結(jié)

總的來說，AD8293G80/AD8293G160儀表放大器以其小封裝、高精度、低噪聲、寬電源范圍等優(yōu)勢(shì)，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了卓越的性能。其獨(dú)特的工作原理和豐富的應(yīng)用信息為電子工程師提供了便利和保障，無論是在設(shè)計(jì)高精度測(cè)量系統(tǒng)還是便攜式設(shè)備時(shí)，都是一個(gè)值得考慮的選擇。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否使用過類似的儀表放大器呢？遇到過哪些問題和挑戰(zhàn)？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。