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新的仪表放大器:单电阻增益设置和精密前端,使精度容易

来源:analog 发布时间:2023-10-26

摘要: LT1168是一款低功耗、单电阻增益可编程仪表放大器,易于应用。它是AD620的引脚兼容升级(以及INA118的电阻值变化),有C级和I级可供选择。

LT1168是一款低功耗,单电阻增益可编程仪表放大器,易于应用。它是AD620的引脚兼容升级(以及带有电阻值变化的INA118),有C级和I级可供选择。凭借可忽略不计的60µV(最大)失调电压和ultrahigh1T欧姆输入阻抗,它可以测量源阻抗从10欧姆到100k的桥,而不会降低信号。其在60Hz(A(V) = 100V)下的120dB CMRR即使在1k源阻抗不平衡的情况下也能实现。使用离散放大器匹配LT1168的CMRR需要使用0.001%的电阻。LT1168的稳健输入满足iec1000 -4- 2level4 ESD测试,并添加两个外部5k系列电阻。这些5k电阻器只会产生微不足道的6µV直流误差。

典型应用:绝对压力表(气压计)

图1显示了应用LT1167是多么容易。LT1097与LT1634-1.25参考和R1结合,为电桥提供精确的电流驱动。d1保证LT1097的共模输入范围不超过温度。电流驱动器和传感器桥就位后,电路的其余部分完全由LT1167和它的增益电阻R2组成。该传感器在30psi(刚刚超过两个大气压)下提供50mV(±1%)的满量程输出,参考电压为1.235V。以1.25 v为基准,满量程输出值为50.61mV。为了获得100mv / 1psi的方便易读输出,应选择R2将增益设置为3V/。05061v = 59.28。或者,2.036英寸汞等于1psi(参考39°F), changeR2设置120.7的增益,方便输出100mV / 1inHg。或者,再次使用6.8947千帕斯卡等于1psi,将输出100mV /千帕斯卡的增益设置为408.7。这些单电阻增益调整使得它很容易适应所需的单位毫不费力。


图1所示 简单的晴雨表

设置增益

LT1168增益和增益集电阻之间的关系由以下公式给出:R(G) = 49.4k欧姆/(增益- 1),等价地,增益=(49.4k欧姆/R(G)) + 1。为了利用高CMRR而不提取增益,简单地不连接r (G)。这将LT1168配置为精密,缓冲,单位增益差分放大器。如果需要精确增益,请使用0.1%精度电阻,以免降低LT1168的0.1%增益误差规格。为了准确地获得所需的增益,选择略小于所需的0.1%的标准值。然后,为了将总R(G)“充值”到所需值,使用串联的小值标准1%电阻,如图2所示。只要1%的电阻器是相对较小的值,比如0.1%值的1/20,整体精度就不会降低。表1显示了上述增益的实际电阻值。请注意,大多数传感器无论如何都没有0.1%的精确灵敏度,因此大多数应用将使用1%的电阻,然后在整个系统上执行两点校准。


图2 精确瞄准增益

表1 用于精确增益的串联电阻示例。
想要获得R (G)(理论)R (G1) 0.1%R(G2) 1%“充值”结果获得
59.28847.63欧姆845欧姆2.61欧姆59.28
102.69412.72欧姆412欧姆1欧姆120.61
408.72121.62欧姆121欧姆0欧姆409.62

实现大的产出波动

图3显示了LT1168的框图。注意,最后一级是单位增益差分放大器。这意味着输出电压(横跨输出和Ref引脚)将出现在LT1168的内部,横跨节点Vx和Vy,以共模输入电压(- 1 V(BE))为中心。为了支持全输出波动,无论是由于高增益或大差分输入,共模输入电压不应该太接近任何一个轨道。例如,如果输入以地为中心,并且引脚接地,则在激励下vx和Vy将绕地摆动(负一个V(BE)),输出将受到来自任何轨道的约1.2V的正常输出级限制。但是,如果共模输入电压在±15V电源上为10V, Vx和Vy将在9.3V左右摆动。在这种情况下,输出将受到中间放大器A1和a2输出的限制,因为它们达到了距离导轨约1V的上限。因此,在这种情况下,即使电源为±15V,最终输出摆幅也将限制在±4.6V。对于下轨,如果在±15V电源上共模输入电压为-10V,则V(X)和V(Y)将在-10.7V左右摆动。在这种情况下,即使电源为±15V,最终输出摆幅也将限制在±3.3V。


图3 LT1168框图

作为一个经验法则,为了实现完整的输出摆幅,保持共模输入电压在电源的中间三分之一。例如,在图1的情况下,增益= 408.7,30psi (204.4kPa)的满量程输出电压为20.44V。为LT1168提供+24V/ -5V电源,并且鉴于传感器的桥接部分通常具有约3V的激励交叉,将D1替换为12V的二极管将大约集中共模输入电压。这允许LT1168实现完整的0V(真空)到20.44V (204.4kPa,或约2.2个大气压)输出摆幅。有关在单个5V电源上使用lt1168的信息,请参阅线性技术IX:2(1999年6月)中的“将LT1167仪表放大器设计成单个5V电源应用”。

交流性能低功耗

LT1168不局限于直流和低频应用。图4和图5显示了LT1168在不同增益下的频率响应和共模抑制比。高频性能使得LT1168适用于加速度计和平衡音频线路接收器应用,例如,除了通常较慢的应用。这种交流性能是在电源电流预算仅为0.5 ma的情况下实现的。


图4 LT1168增益与频率


图5 共模抑制比与频率(1k源不平衡)

结论

LT1168的精密前端和简单的增益可编程性使精度易于实现。内部放大器的交流性能导致了扩展的差模带宽和出色的共模抑制。良好的共模抑制对于从敌对干扰环境中提取信号至关重要。

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