随着仪表放大器的成本日益下降,在传统上采用运算放大器的应用中,使用仪表放大器可提升性能。
图1所示的运放加法器有以下几个缺点:
1.输入阻抗不高,由各信号的输入电阻决定。 当驱动信号的源阻抗很大或需要低阻抗驱动源设计时,这会引起增益误差。
2.电路无共模抑制能力,因此输入必须是单端。
3.最为明显的是,整个系统的性能受增益最大的通道限制。 一个通道的增益增加会导致所有通道的带宽降低、失真提高、系统噪声增加。 为了限制这些影响,即便是低性能加法器,也需要高性能、高带宽运算放大器。
该运放加法器的噪声增益为1+10k/(10||10k)。 噪声增益主要由增益最高的输入信号(10欧姆输入)决定,但所有输入的失调电压、增益误差、噪声和失真都会提高。
图1. 运放加法器
高性能、低成本仪表放大器提供了一种新颖的替代方案,可解决其中的许多问题。
仪表放大器的输出电压与In+和In–之间的压差成正比。 将一个电阻(Rgain)连接到Rg引脚便可放大该信号。 输出电压在基准引脚和输出引脚之间产生。 这样,基准引脚就可以用来级联加法器配置中的多个信号,如图2所示。 每个仪表放大器可以设置不同的增益。
与简单的运放加法器相比,该系统有以下几个优点:
1.每个输入都具有极高的输入阻抗。
2.每个信号都具有独立的共模抑制,由连接到该通道的仪表放大器决定。 通道增益越高,共模抑制能力也越强,误差越小。
3.利用仪表放大器的反相或同相端,可以轻松加减信号。
4.需要时,仪表放大器支持使用差分输入信号。
5.各信号的失真、噪声增益和带宽与其他信号无关。 这使得失调电压、增益误差、噪声和失真更低。
图2. 仪表放大器加法器
图3的“总谐波失真加噪声”曲线显示,虽然仪表放大器的带宽为1 MHz且功耗为1 mA,而运算放大器的带宽为8 MHz且功耗为4.5 mA,但仪表放大器加法器的失真性能却要比运放加法器高出5倍。
图3. 仪表放大器加法器和运放加法器的THD+N