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基于“零漂移”仪表放大器的传感器电路优化方案

  但另一方面也存在使用仪表放大器(IA)连接传感器和ADC的实际例子,其原因是:

  1. 在靠近信号源的地方将小信号放大可以改善一些应用的总信噪比,特别是当传感器不靠近ADC时。

  2. 许多高性能ADC没有高阻抗输入端,因此需要低源阻抗放大器的驱动才能充分发挥它们的性能。在这种情况下如果没有中间放大器,输入电流尖峰和源阻抗失配等异常情况将带来增益误差。

  3. 外部放大器能帮助用户针对应用优化信号调节(滤波)。

  4. 用于制造ADC的最佳半导体工艺并不一定是用于制造放大器的最佳工艺。

  5. IA提供的增益使传感器和ADC之间的接口更加容易,因为它不仅可以减轻系统设计压力,还能降低总体系统成本。例如,读取一个无增益的传感器信号比读取放大的传感器信号需要更高的分辨率和昂贵的ADC。

  低偏移仪表放大器的好处

  当使用IA读取传感器信号时经常会遇到各种直流误差问题,主要根源是输入电压偏移效应。事实上,引起直流误差的其它每个根源都是根据输入偏移电压进行建模的,其中直流CMRR代表直流输入偏移电压随输入共模电压的变化,直流PSRR代表直流输入偏移电压随电源电压变化而发生的改变。

  即使VOS可以在制造过程中得到校准,但输入偏移电压(随温度和时间)的漂移要比初始直流偏移本身更重要。这种漂移误差最好是通过使用芯片内的有源电路来解决。

  也许引起直流误差的最重要根源是噪声,而噪声是半导体芯片设计和工艺中所固有的。因为大多数传感器信号被高增益模块所放大,以输入信号为参考的噪声也被放大同样的增益。噪声有两种形式:粉色噪声(也称为1/f或闪烁噪声)和白色噪声。粉色噪声在低频段(小于100Hz左右)更重要,白色噪声一般决定了信号带宽更高的芯片性能。

  在传统的低噪声模拟电路设计中通常选用双极晶体管设计输入级电路,特别是在必须实现低的粉色噪声电平情况下。

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