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基于“零漂移”仪表放大器的传感器电路优化方案

  偏移抵消技术:跟随漂移?

  IA的两个重要指标是粉色噪声(也称为1/f或闪烁噪声)和输入偏移电压及其相对温度和时间的漂移。1/f噪声是一种低频现象,许多用于实现“零漂移”和输入偏移电压抵消的电路技术同样能消除1/f噪声。这些技术包括采样放大器、自动调零放大器、斩波放大器、斩波-稳定放大器以及斩波-斩波-稳定放大器(如MAX4208)。

  IA也能采用基于飞跨电容的采样技术实现输入偏移电压的自动校正。然而,因为用于采样的输入端不是真正的高阻抗结构,所以源阻抗的失配很容易降低系统级的精度。

  应用实例

  下面介绍两种IA应用,一种是比例桥电路,另一种是低边电流检测放大器。

  1.比例桥

  比例桥是标准桥测量系统的一个变种,它能提供同样高的精度,但成本更低。成本低的原因是比例桥不需要用高精度的参考源驱动桥和ADC参考输入,一个“自由”但相对精度不高的高ppm/℃参考信号源就可以同时驱动桥和ADC。

  众所周知,即使具有“轨到轨”输出的运放在驱动其输出到数百毫伏的任一电压轨时也很难保持最大精度。因此,对具有高动态范围和单极信号输入的放大器来说,有必要将输出偏置在大于地电平约250mV左右。这种偏置电压需要驱动电阻链的一端,因此必须加入低输出阻抗的缓冲器进行驱动,以免引入不必要的增益误差。为尽量减小输出误差,这种单位增益运放缓冲器也应具有低直流偏移和低漂移特性。

  MAX4208仪表放大器在小型μMAX封装内集成了一个高精度的零漂移运放缓冲器和一个2gm的间接电流反馈IA,其中的缓冲器允许用一个简单的外接电阻分压器建立稳定、与ADC参考电压成比例关系的偏置参考电压。该缓冲器还能驱动差分输入ADC的一个输入端。IA内部的斩波-斩波-稳定架构可以同时消除主(前向)和反馈通道中运放缓冲器和放大器的粉色噪声效应。此外,MAX4208还具有对功率敏感应用非常有用的断电模式。

  2.完美的电流检测

  如今的便携式电子设备对有效功率管理的需求越来越大,这重新引起了人们对电流检测放大器的兴趣。地电平检测IA可以用作存储器模块或微处理器的内核电压路径中的高边电流检测放大器(图4),也可以用作H桥功率电子转换器反馈路径中的低边电流检测放大器。

  为检测计算机应用中的大电流,可以将地电平检测IA用作内核电压路径中的高边电流检测放大器。

  这些应用中的电流特别高(有时接近90A),因此检测电压必须非常小才能避免在检测电阻上产生过多的功率损失。通常,这个检测电阻可能是电源电感本身的ESR。为精确读取这个很小的检测电压,输入偏移电压与将被高精度放大的最小检测电压(即最小负载电流)相比必须非常小。

  计算机硬件的内核电压可能在0.9到1.5V范围内变化,因此这种很小的检测电压必须在很低且不断变化的共模电压环境下测量。诸如MAX4208这样具有低VOS、高CMRR且架构针对单电源应用专门优化过的IA就非常适合这种应用场合。

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