低成本零漂移儀表放大器AD8293G80/AD8293G160：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對于高精度、低成本的儀表放大器需求一直存在。今天我們就來深入探討一款由Analog Devices推出的AD8293G80/AD8293G160儀表放大器，看看它在實(shí)際應(yīng)用中能為我們帶來哪些優(yōu)勢。

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產(chǎn)品概述

AD8293G80/AD8293G160是一款小型、低成本、高精度的儀表放大器，具有低噪聲和軌到軌輸出的特點(diǎn)。它有兩種固定增益型號可供選擇，分別為80和160，并且集成了增益設(shè)置電阻和濾波電阻，有效減少了外圍輔助元件的數(shù)量。

產(chǎn)品特性

封裝與元件數(shù)量

采用8引腳SOT - 23小型封裝，這種緊湊的設(shè)計(jì)對于空間有限的應(yīng)用場景非常友好。同時(shí)，由于集成了增益電阻和濾波電阻，大大減少了外部元件的使用，降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜度和成本。

電氣性能

• 低失調(diào)電壓和低失調(diào)漂移：最大失調(diào)電壓僅為20μV，最大失調(diào)漂移為0.3μV/°C，這使得放大器在不同溫度環(huán)境下都能保持高精度的輸出。
• 低增益漂移：最大增益漂移為25ppm/°C，確保了增益在溫度變化時(shí)的穩(wěn)定性。
• 高共模抑制比（CMR）：典型值達(dá)到140dB，能夠有效抑制共模信號的干擾，提高信號的質(zhì)量。
• 低噪聲：在0.01Hz到10Hz的頻率范圍內(nèi)，電壓噪聲僅為0.7μV p - p，適合對噪聲要求較高的應(yīng)用。

電源與輸出特性

• 單電源供電：工作電壓范圍為1.8V到5.5V，支持單電源操作，方便在不同的電源系統(tǒng)中使用。
• 軌到軌輸出：輸出電壓能夠接近電源電壓的上下限，提供了更大的輸出動(dòng)態(tài)范圍。

應(yīng)用領(lǐng)域

AD8293G80/AD8293G160的出色性能使其在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用：

• 電流傳感：低失調(diào)電壓和高CMR能夠準(zhǔn)確測量電流信號，減少測量誤差。
• 應(yīng)變計(jì)：高精度和低噪聲特性可以有效檢測應(yīng)變計(jì)的微小信號變化。
• 激光二極管控制回路：穩(wěn)定的增益和輸出特性有助于精確控制激光二極管的工作狀態(tài)。
• 便攜式醫(yī)療儀器：小型封裝和低功耗滿足了便攜式設(shè)備的需求，同時(shí)高精度和低噪聲保證了測量的準(zhǔn)確性。
• 熱電偶放大器：能夠?qū)犭娕驾敵龅奈⑷跣盘栠M(jìn)行有效放大和處理。

工作原理

AD8293G80/AD8293G160采用了精密的電流模式校正拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由電壓 - 電流放大器和電流 - 電壓放大器組成。當(dāng)施加差分輸入電壓時(shí)，會(huì)在外部電阻R1上產(chǎn)生電流，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為信號電流。晶體管將信號電流傳輸?shù)?a target="_blank">運(yùn)算放大器A1的反相輸入端，經(jīng)過A1和外部電阻R2的轉(zhuǎn)換，最終在輸出端得到軌到軌的輸出電壓。

其中，運(yùn)算放大器A1是高精度自動(dòng)歸零放大器，能夠內(nèi)部校正失調(diào)誤差，同時(shí)保持了自動(dòng)校正電流模式放大器拓?fù)涞男阅?。外部參考電壓用于設(shè)置輸出參考電平，外部電容C2用于濾除校正噪聲。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

參考連接

與傳統(tǒng)的三運(yùn)放儀表放大器不同，AD8293G80/AD8293G160的REF引腳串聯(lián)寄生電阻不會(huì)降低CMR性能。在單電源應(yīng)用中，為了獲得最佳性能，建議使用低噪聲精密電壓參考源（如ADR44x）設(shè)置REF引腳；如果考慮成本，也可以使用簡單的電阻分壓器。在雙電源應(yīng)用中，VREF可以直接連接到GND。

輸出濾波

為了減少開關(guān)紋波，可以對輸出進(jìn)行濾波。該放大器有兩個(gè)濾波器可以協(xié)同使用來設(shè)置濾波頻率。主濾波器由內(nèi)部電阻R2和外部電容C2組成，用于限制輸出端的開關(guān)噪聲。根據(jù)不同的增益型號，R2的值有所不同（AD8293G80為160kΩ，AD8293G160為320kΩ）。通過選擇合適的C2值，可以設(shè)置主濾波器的頻率。

此外，通過在ADC OUT引腳連接外部電容C3，與內(nèi)部的5kΩ電阻R3形成低通濾波器（即次級濾波器），可以進(jìn)一步減少校正紋波。對于帶寬大于10Hz的應(yīng)用，需要同時(shí)使用這兩個(gè)濾波器來獲得500Hz的總帶寬。

時(shí)鐘饋通

AD8293G80/AD8293G160使用兩個(gè)同步時(shí)鐘進(jìn)行自動(dòng)校正，在OUT引腳可能會(huì)觀察到微量的時(shí)鐘頻率信號。通過使用ADC OUT引腳和R3/C3濾波器，可以進(jìn)一步減少校正饋通。

電源旁路

由于放大器使用內(nèi)部生成的時(shí)鐘信號進(jìn)行自動(dòng)校正，因此需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾娫磁月?。在電源線上連接一個(gè)0.1μF的表面貼裝電容，以最小化IC內(nèi)部校正時(shí)鐘產(chǎn)生的紋波。對于雙電源操作，每個(gè)電源引腳都應(yīng)連接一個(gè)0.1μF的陶瓷表面貼裝電容到GND；對于單電源操作，應(yīng)將0.1μF的表面貼裝電容連接在電源線和GND之間。旁路電容應(yīng)盡可能靠近器件的電源引腳放置。

輸入過壓保護(hù)

AD8293G80/AD8293G160的所有引腳都具有ESD保護(hù)。在直流過載電壓超過電源電壓的情況下，為了限制電流，應(yīng)在輸入端串聯(lián)一個(gè)外部電阻。該電阻的選擇可以根據(jù)公式(R{EXT}=(V{IN}-V_{S})/5mA)進(jìn)行計(jì)算。

總結(jié)

AD8293G80/AD8293G160以其小型封裝、低噪聲、高精度和高CMR等優(yōu)點(diǎn)，為電子工程師在設(shè)計(jì)各種應(yīng)用電路時(shí)提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理設(shè)置參考電壓、進(jìn)行輸出濾波、處理時(shí)鐘饋通、做好電源旁路和輸入過壓保護(hù)等工作，以充分發(fā)揮該放大器的性能。大家在使用這款放大器的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評論區(qū)分享交流。