如何利用间接电流模式仪表放大器放大具有大直流偏移的交流信号？

发布时间：2022-10-27 19:44 发布者：eechina

作者：ADI系统应用工程师Marie-Eve Carre

问题：
如何支持存在大差分偏移电压的应用而不需要增加增益级？

答案：
这可以通过在一级中利用微功耗轨到轨间接电流模式仪表放大器设计一个交流耦合和增益解决方案来实现。本文将概述这种设计的优势，并提供分步设计指南。

简介
在电磁流量计和生物电测量等应用中，小差分信号与大得多的差分偏移串联。这些偏移通常会限制电路在前端设计中可以获得的增益，进而影响整体动态范围。当使用较低电源电压时，例如在电池供电的信号链中，增益限制更具挑战性。解决这个大差分偏移问题的一种方案是使用交流耦合测量信号链。典型的交流耦合信号链包括一个低增益仪表放大器，其后是一个高通滤波器和额外的增益级（请参阅“放大具有大直流偏移的交流信号以支持低功耗设计”）。在大多数应用中，最好在第一级获得尽可能多的增益，因为这有助于改善信号链中其他增益级的折合到输入端(RTI)噪声。本文将介绍间接电流模式仪表放大器架构的设计和实施，从而在一级中实现高增益和交流耦合。该设计采用微功耗、零漂移仪表放大器AD8237，其具有宽共模和差分输入范围。间接电流模式架构的其他例子有AD8420。这种间接电流反馈的主要好处包括：
► 低功耗架构
► 没有像其他典型架构（例如由两个或三个运放构成的仪表放大器）那样的钻石图限制
► 利用外部电阻匹配可以实现良好的增益漂移性能
► 不依赖电阻匹配便可实现高CMRR
► 高阻抗基准引脚

图1所示电路提供了整体原理图，其中选择了间接电流模式仪表放大器AD8237。但是，为了在一级中实现高增益和交流耦合，必须在AD8237的反馈环路中实现一个积分器电路。与由两个或三个运放构成的仪表放大器解决方案（其在应用增益后消除偏移）相比，该解决方案可提供更大的增益。对于所提出的架构，偏移校正发生在增益阶段之前，因此仪表放大器可以具有较大增益。这两种架构将在附录中介绍。ADA4505运算放大器在反馈环路中用作积分器电路。AD8237的输出由积分器输入检测，并驱动AD8237的基准引脚，迫使AD8237的输出为VMID，后者是在ADA4505的正输入端设置。即使积分器电路提供低通滤波器功能，在这种情况下，由于其用在反馈环路中，整体电路也会具有高通滤波器转换函数。由于这种行为，它不仅最终会在应用增益之前阻隔任何直流偏移，从而提供比其他解决方案更大的增益，而且它对低电源电压和大偏移更有帮助，因为剩下的工作裕量很有限。积分器电路还通过基准引脚迫使AD8237的输出为选定的电压。实际上，积分器迫使基准引脚相对于AD8237的FB引脚的电压等于输入的差分电压，但方向相反。

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