儀表放大器

儀表放大器 (INA) 是一種非常特殊的差分輸入放大器；其主要重點是提供差分增益和高共模抑制，INA 提供高輸入阻抗和低輸出阻抗。INA 的一般定義是配備一到三個內部運算放大器 (op amp) 的電路或設備，用于改善信號質量并增強共模抑制。

共模就是相同的信號

共模噪聲又稱對地噪聲,指的是兩根線分別對地的噪聲。差分信號不是一定要相對地來說的，如果一根線是接地的，那他們的差值就是相對地的值了，這就是模擬電路中講過的差分電路的單端輸入情況。

共模電壓有直流的，也有交流的。直流的稱為直流共模抑制（比），交流的稱為交流共模抑制（比），統稱共模抑制（比）。

一般的放大器特別是儀表放大器，有較好的直流共模抑制，但對交流共模抑制，頻率一高往往就不行了----急劇下降，即頻率響應不行。

INA 可以很好地將差分信號轉換為單端信號。單端信號只需要一根導線參考另一根導線，這意味著多個單端信號都參考同一條導線。這減少了設計中的電線數量。 單端信號很有用，因為許多模數轉換器 (ADC) 應用需要單端信號才能運行。 因此， 對于采用傳感器輸入的系統，INA 可以很好地用作 ADC 驅動器。ADC 不能接受高共模電壓；INA 通過降低共模電壓來解決此問題，以便 ADC 能夠運行。

INA 的最后一級是差分放大器。這是放大器中抑制共模電壓的部分。該階段將兩個輸入信號相減。在獨立的差分放大器中，R2 和 R4 相等，R1 和 R3 也相等；這些電阻器將設置增益。但在儀表放大器中，增益由輸入級設置，因此對于 1 V/V 的增益，R1 至 R4 相等。我不講理論，就是一些公式，在數學上面說明為什么可以把差模信號放大。

儀表放大器的REF引腳的作用，我以前不求甚解的寫過這個文章，雖然粗糙，其實也說明白了。REF的引腳就是如名字一樣，給輸出的單端電壓一個參考，這個就可以控制它的兩個極值，最大和最小，不過這個不是無限的，要看數據手冊的。

上面這個圖挺重要，意思是5V的電壓下，在兩個參考值下輸入和輸出的關系，有時候運放不工作就是因為輸入的信號擺幅太小了。

其實大家做的運放都一樣，INA系列的數據手冊都差不多，我隨便找一個寫，原理都一樣的，現在說的是三運放結構。

儀表放大器的后面部分是一個差分的放大器

多數應用不需要外部偏移調整；然而，如有必要，可以通過向 REF 端子施加電壓來進行調整。圖顯示了用于微調輸出失調電壓的可選電路。施加到 REF 端子的電壓在輸出處求和。運算放大器緩沖器在 REF 端子處提供低阻抗，以保持良好的共模抑制。

INA826 的輸出電壓是根據參考引腳上的電壓而制定的。通常在雙電源操作中，參考引腳連接到低阻抗系統接地。

在單電源操作中，將輸出信號偏移到精確的中間電源電平可能很有用（例如， 5V 電源環境中的 2.5V）。 例如，要實現此電平轉換，請將電壓源連接到 REF 引腳以對輸出進行電平轉換，以便 INA826 可以驅動單電源 ADC。

為了獲得最佳性能，請保持 REF 引腳的源阻抗小于 5 Ω。如功能框圖部分所示，參考電阻器位于 50kΩ 電阻器的一端。REF 引腳處的額外阻抗會增加該 50kΩ 電阻。電阻比不平衡會導致共模抑制比 (CMRR) 降低。

一般的信號均有源阻抗，此阻抗可以不同程度破壞電路的對稱性，因此，用差分放大器時要小心它引起的誤差。

顯示了驅動低阻抗參考引腳的兩種不同方法。OPA330是一款低功耗斬波穩定放大器，因此在整個溫度范圍內具有出色的穩定性。

REF3225是采用小型 SOT23-6 封裝的精密基準。這個REF3225的芯片挺牛逼的，10塊錢一顆。

里面的INA8xx符合每一個儀表運算器的設計，不是針對一個特定的型號！！！！ 繼續說這個REF的事情：

一般為了平衡，R4電阻是上下一樣的

也就是R2和R4差分運算放大器A3充當減法器的輸出電壓，僅是其兩個輸入之間的電壓差（V2 - V1），并且被A3的增益放大，該增益可能為1，單位為零（假設R3 = R4）。然后，對于儀表放大器電路的總電壓增益，我們有一個通用表達式：儀表放大器公式

我想說的是，R4就是控制的REF，假如R4變大，后面這個項就變大。也就是說Vout是大的輸出。

因此，它也會將減法器運放的輸入拉向中間電源電壓。來看一個AD家的東西，看REF，以及看這個封裝，為了就是達到極度的平衡。

好像是我們的計算模型里面，上下兩個電阻是平衡的，所以不能超太多。然后你在REF上面加的東西，會變成阻抗，送回給正信號端口。接著就是信號的不平衡，導致我們的輸出有問題。

后一級的放大器

理想情況下，差分放大器電路中的電阻應仔細選擇，其比值應相同 (R2/R1 = R4/R3)。

這些比值有任何偏差都將導致不良的共模誤差。差分放大器抑制這種共模誤差的能力以共模抑制比(CMRR) 來表示。

它表示輸出電壓如何隨相同的輸入電壓（共模電壓）而變化。

在最佳情況下，輸出電壓不應該改變，因為它只取決于兩個輸入電壓之間的差值（最大 CMRR）；但是，實際使用中情況會有所不同。CMRR 是差分放大器電路的重要特性，通常以 dB 來表示。

如果是精密放大，抑制共模信號在信號傳輸中降低噪聲信號十分重要。

布局的時候應該盡可能的讓電阻和電容盡可能的小，盡可能的平衡在另外一個數據手冊就把這個公式寫成比值了

使用穩定的直流電壓給儀表放大器供電。電源引腳上的噪聲會對器件性能產生不利影響。

盡可能靠近各電源引腳放置一個0.1 μF電容。因為高頻時旁路電容引線的長度至關重要，建議使用貼片電容。

旁路接地走線中的任何寄生電感會對旁路電容的低阻抗產生不利影響。如圖所示，離該器件較遠的位置可以用一個10 μF電容。對于在較低頻率下發揮作用的較大電容，電流回路長度不是非常重要。大多數情況下，其它精密集成電路可以共享該10 μF電容。

輸入偏置電流必須有一個對地的返回路徑。如圖所示，使用浮動信號源(如熱電偶)時，因為無電流返回路徑，所以需建立電流返回路徑。

輸入端的過濾器這個地方其實有一段精彩的噪音計算，我就不說了。

看這個，我們一般是差分轉單端，現在是差分轉差分

差分轉單端，提高CMR，然后連接在ADC。

再看一個差分驅動

顯示如何利用AD8228來驅動差分ADC。AD8228結合 一個運算放大器和兩個電阻來實現差分驅動。510 Ω電阻和 2200 pF電容將儀表放大器與典型SAR型轉換器的開關電容前端產生的開關瞬變隔離。ADC與放大器之間的這些元件也會構成一個142 kHz的濾波器，用于提供抗混疊和噪聲濾波功能。

REF基準使用于儀表放大器，可使用輸出電壓方便。 在一般的儀表放大器中，REF基準需要以低阻抗進行驅動，因此通常在電阻分壓后用運算放大器等進行緩沖以達到低阻抗[圖1-(B)]。如圖1-(A)所示，采用電阻分割驅動的方法時，由于該分壓電阻會破壞減法器電路的平衡，結果儀表放大器的同相噪聲去除比下降，增益的精度下降，需要注意。

AD8237的REF基準具有特殊的體系結構。因此，即使通過電阻分割決定REF基準的電位，也不會損害性能。

如果是增益高的構成，也可以直接連定電阻進接半固行調整。由此，可以削減從儀表放大器電路到REF基準所需的緩沖器用運算放大器。 此外，雖然AD8237的偏移電壓極小，但在這里也可以進行偏移調整。

 間接電流反饋體系結構的體系結構的優點，該體系結構允許在高增益設置下實現理想的鉆石圖，從而允許設計相對于輸入共模電壓(VCM)的寬范圍輸出電壓(VOUT)。

AD8237是少數幾種儀器放大器之一，適用于大多數配置的理想鉆石圖。如圖3中的G=100)下，如圖中的圖形條件所示，AD8237的鉆石圖是一個簡單的正方形。具有此類鉆石圖形特性的AD8237可以在等于或略高于電源電壓的共模電壓下完全放大微小信號。?