采用先进技术的模数转换器(adc)能够接收差分输入信号,能够将来自传感器的整个信号路径以差分信号的形式传送给adc。这种方法提供了显著的性能优势,因为差分信号增加了动态范围,减小了交流声,并且消除了对地噪声。
图1(a)和1(b)所示的是两种常见的差分输出仪表放大器电路。前者提供单位增益,后者提供了2倍增益。但是,与单端输出的仪表放大器相比,这两种电路都会受到增加噪声、失调误差、失调漂移、增益误差和增益漂移的影响。
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图2所示是一个没有上述缺陷的差分输出仪表放大器原理图。这种设计充分利用了这样的特性,仪表放大器的输出实际上是其输出引脚(vo)与参考引脚(vref)之间的差,保持了增益,且不会在输出信号中增加失调、漂移或噪声。这里的应用技巧是在两个引脚之间加入了一个增益为-1的反相器。
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输入电压是v时,输出电压(v o-v ref)也应该等于v。参考引脚的电压与输出引脚的电压极性相反。为了满足(v o-v ref)=v,输出必须为v o=v in/2,v ref=-v in/2。通过向运算放大器的同相端输入端施加+2.5v信号来设置其共模输出电平。运放在节点b产生+2.5v电压。从而,如果对输入端施加+1v电压,那么节点a产生+3v电压,并且节点c则为+2v,因此,输出为+0.5v以上和+2.5v以下。(vo-vref)的误差仅是由仪表放大器引起的。由反相放大器和电阻器引起的误差诸如失调电压、噪声和增益误差对两个输出端的影响同相,因此它们仅对共模输出有贡献,会被adc抑制掉。
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图4 >
图3是一张性能波形图,上面的波形是一个2vp-p、1khz输入,下面是两个1vp-p、1khz差分输出信号的波形,输出共模电压为+2.5v。图4示出的是差分输出信号的谱密度性能图,仪表放大器的输入信号为2vp-p,1khz。 来源:university
