擺脫同相電壓困擾的低功耗&高精度儀表放大器AD8237

在儀表放大器的設計中，有時會注意設計相對於輸入同相電壓(VCM)可實現的輸出電壓(VOUT)範圍的特性及REF基準的處理方法，但有時也會忽略規則而難以特性化。美國模擬器件公司的AD8237是為了不被這樣的遺漏和設計餘量所困擾而開發的儀表放大器。

AD8237是微功率、零漂移、軌到軌輸入/輸出的儀表放大器。兩個電阻器可將增益設置為1-1000倍。

與一般的儀表放大器不同的特徵有以下兩點。

第一，它有一個具有特殊體系結構的參考(REF)基準。

第二，間接電流反饋體系結構可為高增益設置提供理想的菱形圖。

這兩個特性簡化了使用儀表放大器AD8237的電路設計。

REF基準使用於儀表放大器，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後用運算放大器等進行緩衝以達到低阻抗[圖1-(B)]。

如圖1-(A)所示，採用電阻分割驅動的方法時，由於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基準所需的緩衝器用運算放大器。

此外，雖然AD8237的偏移電壓極小，但在這裡也可以進行偏移調整。

圖2顯示了在給定輸入共模電壓(VCM)下可獲得的輸出電壓(VOUT)。因為這個形狀是六邊形，所以美國模擬器件公司公司把這個圖叫做鑽石圖。

儀表放大器看起來與輸入同相電壓無關，但如果輸入同相電壓接近電源電壓，即使輸入電壓和輸出電壓本身在範圍內，內部的放大器也會飽和。

單純的運算放大器電路的情況下，限制餘量僅由這個輸入同相電壓範圍和輸出電壓決定。但是，儀表放大器使用2～3個運算放大器的組合，因此需要考慮各自的輸入範圍、輸出範圍以及內部節點等的淨空限制的組合。

這些到這些的範圍必須在用鑽石繪圖表示的白色區域內使用，並標記為圖2中的有效範圍(VALID RANGE)。問題變得更難，尤其是在低電源電壓和單電源應用中，因為鑽石圖形變得更小，工作範圍受到限制。

AD8237是少數幾種儀器放大器之一，適用於大多數配置的理想鑽石圖。

如圖3中的G=100)下，如圖3中的圖形條件所示，AD8237的菱形圖是一個簡單的正方形。

具有此類鑽石圖形特性的AD8237可以在等於或略高於電源電壓的共模電壓下完全放大微小信號。

在使用儀表放大器的電路設計中，通過使用AD8237，無需在REF基准上使用緩衝用運算放大器即可構成，因此可以縮小電路規模。

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菱形圖，從而允許設計相對於輸入共模電壓(VCM)的寬範圍輸出電壓(VOUT)。