照例還是說下：儀表放大器 (INA) 是一種非常特殊的差分輸入放大器；其主要重點(diǎn)是提供差分增益和高共模抑制，INA 提供高輸入阻抗和低輸出阻抗。INA 的一般定義是配備一到三個(gè)內(nèi)部運(yùn)算放大器 (op amp) 的電路或設(shè)備，用于改善信號(hào)質(zhì)量并增強(qiáng)共模抑制。

共模就是相同的信號(hào)

共模噪聲又稱對(duì)地噪聲,指的是兩根線分別對(duì)地的噪聲。差分信號(hào)不是一定要相對(duì)地來說的，如果一根線是接地的，那他們的差值就是相對(duì)地的值了，這就是模擬電路中講過的差分電路的單端輸入情況。

共模電壓有直流的，也有交流的。直流的稱為直流共模抑制（比），交流的稱為交流共模抑制（比），統(tǒng)稱共模抑制（比）。

一般的放大器特別是儀表放大器，有較好的直流共模抑制，但對(duì)交流共模抑制，頻率一高往往就不行了----急劇下降，即頻率響應(yīng)不行。

INA 可以很好地將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)。單端信號(hào)只需要一根導(dǎo)線參考另一根導(dǎo)線，這意味著多個(gè)單端信號(hào)都參考同一條導(dǎo)線。這減少了設(shè)計(jì)中的電線數(shù)量。 單端信號(hào)很有用，因?yàn)樵S多模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 應(yīng)用需要單端信號(hào)才能運(yùn)行。 因此， 對(duì)于采用傳感器輸入的系統(tǒng)，INA 可以很好地用作 ADC 驅(qū)動(dòng)器。ADC 不能接受高共模電壓；INA 通過降低共模電壓來解決此問題，以便 ADC 能夠運(yùn)行。

INA 的最后一級(jí)是差分放大器。這是放大器中抑制共模電壓的部分。該階段將兩個(gè)輸入信號(hào)相減。在獨(dú)立的差分放大器中，R2 和 R4 相等，R1 和 R3 也相等；這些電阻器將設(shè)置增益。但在儀表放大器中，增益由輸入級(jí)設(shè)置，因此對(duì)于 1 V/V 的增益，R1 至 R4 相等。我不講理論，就是一些公式，在數(shù)學(xué)上面說明為什么可以把差模信號(hào)放大。

我先上個(gè)圖：

儀表放大器的REF引腳的作用，我以前不求甚解的寫過這個(gè)文章，雖然粗糙，其實(shí)也說明白了。REF的引腳就是如名字一樣，給輸出的單端電壓一個(gè)參考，這個(gè)就可以控制它的兩個(gè)極值，最大和最小，不過這個(gè)不是無限的，要看數(shù)據(jù)手冊(cè)的。

上面這個(gè)圖挺重要，意思是5V的電壓下，在兩個(gè)參考值下輸入和輸出的關(guān)系，有時(shí)候運(yùn)放不工作就是因?yàn)檩斎氲男盘?hào)擺幅太小了。

在數(shù)據(jù)手冊(cè)里面都可以找到這個(gè)圖

其實(shí)大家做的運(yùn)放都一樣，INA系列的數(shù)據(jù)手冊(cè)都差不多，我隨便找一個(gè)寫，原理都一樣的，現(xiàn)在說的是三運(yùn)放結(jié)構(gòu)。

儀表放大器的后面部分是一個(gè)差分的放大器

多數(shù)應(yīng)用不需要外部偏移調(diào)整；然而，如有必要，可以通過向 REF 端子施加電壓來進(jìn)行調(diào)整。圖顯示了用于微調(diào)輸出失調(diào)電壓的可選電路。施加到 REF 端子的電壓在輸出處求和。運(yùn)算放大器緩沖器在 REF 端子處提供低阻抗，以保持良好的共模抑制。

INA826 的輸出電壓是根據(jù)參考引腳上的電壓而制定的。通常在雙電源操作中，參考引腳連接到低阻抗系統(tǒng)接地。

在單電源操作中，將輸出信號(hào)偏移到精確的中間電源電平可能很有用（例如， 5V 電源環(huán)境中的 2.5V）。 例如，要實(shí)現(xiàn)此電平轉(zhuǎn)換，請(qǐng)將電壓源連接到 REF 引腳以對(duì)輸出進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以便 INA826 可以驅(qū)動(dòng)單電源 ADC。

為了獲得最佳性能，請(qǐng)保持 REF 引腳的源阻抗小于 5 Ω。如功能框圖部分所示，參考電阻器位于 50kΩ 電阻器的一端。REF 引腳處的額外阻抗會(huì)增加該 50kΩ 電阻。電阻比不平衡會(huì)導(dǎo)致共模抑制比 (CMRR) 降低。

一般的信號(hào)均有源阻抗，此阻抗可以不同程度破壞電路的對(duì)稱性，因此，用差分放大器時(shí)要小心它引起的誤差。



顯示了驅(qū)動(dòng)低阻抗參考引腳的兩種不同方法。OPA330是一款低功耗斬波穩(wěn)定放大器，因此在整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有出色的穩(wěn)定性。

REF3225是采用小型 SOT23-6 封裝的精密基準(zhǔn)。這個(gè)REF3225的芯片挺牛逼的，10塊錢一顆。

里面的INA8xx符合每一個(gè)儀表運(yùn)算器的設(shè)計(jì)，不是針對(duì)一個(gè)特定的型號(hào)！！！！ 繼續(xù)說這個(gè)REF的事情：

一般為了平衡，R4電阻是上下一樣的

也就是R2和R4

差分運(yùn)算放大器A3充當(dāng)減法器的輸出電壓，僅是其兩個(gè)輸入之間的電壓差（V2 - V1），并且被A3的增益放大，該增益可能為1，單位為零（假設(shè)R3 = R4）。然后，對(duì)于儀表放大器電路的總電壓增益，我們有一個(gè)通用表達(dá)式：儀表放大器公式

我想說的是，R4就是控制的REF，假如R4變大，后面這個(gè)項(xiàng)就變大。也就是說Vout是大的輸出。

因此，它也會(huì)將減法器運(yùn)放的輸入拉向中間電源電壓。

來看一個(gè)AD家的東西，看REF，以及看這個(gè)封裝，為了就是達(dá)到極度的平衡。

這話我看不懂

好像是我們的計(jì)算模型里面，上下兩個(gè)電阻是平衡的，所以不能超太多。然后你在REF上面加的東西，會(huì)變成阻抗，送回給正信號(hào)端口。接著就是信號(hào)的不平衡，導(dǎo)致我們的輸出有問題。

后一級(jí)的放大器

理想情況下，差分放大器電路中的電阻應(yīng)仔細(xì)選擇，其比值應(yīng)相同 (R2/R1 = R4/R3)。

這些比值有任何偏差都將導(dǎo)致不良的共模誤差。差分放大器抑制這種共模誤差的能力以共模抑制比(CMRR) 來表示。

它表示輸出電壓如何隨相同的輸入電壓（共模電壓）而變化。

在最佳情況下，輸出電壓不應(yīng)該改變，因?yàn)樗蝗Q于兩個(gè)輸入電壓之間的差值（最大 CMRR）；但是，實(shí)際使用中情況會(huì)有所不同。CMRR 是差分放大器電路的重要特性，通常以 dB 來表示。

如果是精密放大，抑制共模信號(hào)在信號(hào)傳輸中降低噪聲信號(hào)十分重要。

布局的時(shí)候應(yīng)該盡可能的讓電阻和電容盡可能的小，盡可能的平衡

在另外一個(gè)數(shù)據(jù)手冊(cè)就把這個(gè)公式寫成比值了

使用穩(wěn)定的直流電壓給儀表放大器供電。電源引腳上的噪聲會(huì)對(duì)器件性能產(chǎn)生不利影響。

盡可能靠近各電源引腳放置一個(gè)0.1 μF電容。因?yàn)楦哳l時(shí)旁路電容引線的長(zhǎng)度至關(guān)重要，建議使用貼片電容。

旁路接地走線中的任何寄生電感會(huì)對(duì)旁路電容的低阻抗產(chǎn)生不利影響。如圖所示，離該器件較遠(yuǎn)的位置可以用一個(gè)10 μF電容。對(duì)于在較低頻率下發(fā)揮作用的較大電容，電流回路長(zhǎng)度不是非常重要。大多數(shù)情況下，其它精密集成電路可以共享該10 μF電容。

輸入偏置電流必須有一個(gè)對(duì)地的返回路徑。如圖所示，使用浮動(dòng)信號(hào)源(如熱電偶)時(shí)，因?yàn)闊o電流返回路徑，所以需建立電流返回路徑。

輸入端的過濾器

這個(gè)地方其實(shí)有一段精彩的噪音計(jì)算，我就不說了。

看這個(gè)，我們一般是差分轉(zhuǎn)單端，現(xiàn)在是差分轉(zhuǎn)差分

差分轉(zhuǎn)單端，提高CMR，然后連接在ADC。

再看一個(gè)差分驅(qū)動(dòng)

顯示如何利用AD8228來驅(qū)動(dòng)差分ADC。AD8228結(jié)合 一個(gè)運(yùn)算放大器和兩個(gè)電阻來實(shí)現(xiàn)差分驅(qū)動(dòng)。510 Ω電阻和 2200 pF電容將儀表放大器與典型SAR型轉(zhuǎn)換器的開關(guān)電容前端產(chǎn)生的開關(guān)瞬變隔離。ADC與放大器之間的這些元件也會(huì)構(gòu)成一個(gè)142 kHz的濾波器，用于提供抗混疊和噪聲濾波功能。

這段瞎寫了，我找不到它咋算的。

我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的芯片！！！

REF基準(zhǔn)使用于儀表放大器，可使用輸出電壓方便。 在一般的儀表放大器中，REF基準(zhǔn)需要以低阻抗進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此通常在電阻分壓后用運(yùn)算放大器等進(jìn)行緩沖以達(dá)到低阻抗[圖1-(B)]。如圖1-(A)所示，采用電阻分割驅(qū)動(dòng)的方法時(shí)，由于該分壓電阻會(huì)破壞減法器電路的平衡，結(jié)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(zhǔn)具有特殊的體系結(jié)構(gòu)。因此，即使通過電阻分割決定REF基準(zhǔn)的電位，也不會(huì)損害性能。

如果是增益高的構(gòu)成，也可以直接連定電阻進(jìn)接半固行調(diào)整。由此，可以削減從儀表放大器電路到REF基準(zhǔn)所需的緩沖器用運(yùn)算放大器。 此外，雖然AD8237的偏移電壓極小，但在這里也可以進(jìn)行偏移調(diào)整。



這個(gè)片子很厲害呀！ 間接電流反饋體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，該體系結(jié)構(gòu)允許在高增益設(shè)置下實(shí)現(xiàn)理想的鉆石圖，從而允許設(shè)計(jì)相對(duì)于輸入共模電壓(VCM)的寬范圍輸出電壓(VOUT)。

AD8237是少數(shù)幾種儀器放大器之一，適用于大多數(shù)配置的理想鉆石圖。如圖3中的G=100)下，如圖中的圖形條件所示，AD8237的鉆石圖是一個(gè)簡(jiǎn)單的正方形。具有此類鉆石圖形特性的AD8237可以在等于或略高于電源電壓的共模電壓下完全放大微小信號(hào)。

審核編輯：劉清