低功耗、高精度的理想之選：AD8293G80/AD8293G160儀表放大器

在電子工程師的日常設計工作中，選擇一款合適的儀表放大器至關重要，它直接影響到整個系統的性能和穩定性。今天就來介紹一款Analog Devices公司推出的AD8293G80/AD8293G160儀表放大器，看看它有哪些亮點能在眾多產品中脫穎而出。

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產品特性與優勢

小封裝與低元件數

AD8293G80/AD8293G160采用8引腳SOT - 23小封裝，能有效節省電路板空間，對于對空間要求苛刻的設計是絕佳選擇。同時，它內部集成了增益電阻和濾波電阻，大幅減少了外部輔助元件數量。例如，實現一個2極點濾波器僅需兩個外部電容，這不僅簡化了設計，還降低了成本，提高了系統的可靠性。

高精度性能

1. 低失調電壓與失調漂移：最大失調電壓僅20μV，最大失調電壓漂移為0.3μV/°C，能在不同環境溫度下保證輸出的準確性，減少誤差來源，適用于對精度要求極高的應用場景。
2. 低增益漂移：最大增益漂移為25ppm/°C，確保在溫度變化時增益的穩定性，使系統性能更加可靠。
3. 高共模抑制比：典型共模抑制比可達140dB，能有效抑制共模信號干擾，提高信號的質量和純度。
4. 低噪聲：在0.01Hz至10Hz頻率范圍內，電壓噪聲僅0.7μV p - p，為微弱信號的放大提供了良好的環境，避免噪聲對信號的干擾。

寬電源范圍與軌到軌輸出

支持1.8V至5.5V的單電源供電，適應多種電源環境。軌到軌輸出功能使得輸出信號能夠充分利用電源電壓范圍，提高了系統的動態范圍和信號處理能力。

兩種固定增益可選

提供AD8293G80（增益80）和AD8293G160（增益160）兩種固定增益型號，方便工程師根據具體應用需求進行選擇，無需額外設置增益電阻，簡化了設計流程。

工作原理剖析

電流模式校正拓撲

AD8293G80/AD8293G160是基于精密電流模式校正的儀表放大器，采用電壓 - 電流放大器和電流 - 電壓放大器組合的電路結構。當施加差分輸入電壓時，會在外部電阻R1上產生電流，將輸入電壓轉換為信號電流，再通過晶體管將信號電流傳輸到運算放大器A1的反相輸入端，最后由A1和外部電阻R2將電流轉換為軌到軌輸出電壓。

高精度自動歸零放大器

運算放大器A1采用高精度自動歸零技術，能有效校正內部失調誤差，同時保持了自動校正電流模式放大器拓撲的高性能，為用戶提供真正的電壓輸入 - 電壓輸出的儀表放大功能。

出色的共模抑制和電源抑制

其自動校正架構能持續校正失調誤差，包括輸入或電源電壓變化引起的失調誤差，從而在整個工作溫度范圍（ - 40°C至 + 85°C）內實現卓越的共模抑制比（CMR）和電源抑制比（PSR）性能。而且與R2串聯的寄生電阻不會降低CMR，僅會引起小的增益誤差和極小的失調誤差，無需外部緩沖放大器來驅動VREF，降低了系統成本。

1/f噪聲校正

1/f噪聲（閃爍噪聲）是半導體器件固有的噪聲，在低頻或直流應用中會導致較大誤差。AD8293G80/AD8293G160的自動校正拓撲能有效減少這種噪聲，使其在直流附近的噪聲低于標準低噪聲儀表放大器。

應用信息與設計要點

輸出與濾波設計

該放大器有OUT（引腳6）和ADC OUT（引腳4）兩個輸出端。ADC OUT端包含一個5kΩ的串聯電阻，與外部電容C3可組成二階濾波器，用作ADC抗混疊濾波器，相比直接從OUT端獲取信號，使用抗混疊濾波器時ADC OUT端的開關紋波會稍小。

輸出濾波可采用兩級濾波器來設置濾波頻率。主濾波器由R2和C2組成，用于限制輸出端的開關噪聲，R2值因型號而異（AD8293G80為160kΩ，AD8293G160為320kΩ）。通過公式(C2 = 1 / (700 × 2 × π × R2))可計算出設置700Hz主濾波器所需的C2值。輔助濾波器由內部5kΩ電阻R3和外部電容C3組成，通過公式(C3 = 1 / (700 × 2 × π × 5kΩ))計算C3值，兩個濾波器結合可實現500Hz的帶寬。對于低帶寬（<10Hz）應用，僅需主濾波器即可。

參考連接

與傳統的3運放儀表放大器不同，AD8293G80/AD8293G160的REF（引腳3）串聯的寄生電阻不會降低CMR性能，無需外部緩沖放大器驅動REF引腳，節省了電路板空間和系統成本。在單電源應用中，為獲得最佳性能，可使用低噪聲精密電壓參考（如ADR44x）設置REF；為降低成本，也可使用簡單的電阻分壓器設置參考電壓，但電阻值偏差可能會導致輸出失調性能下降。在雙電源應用中，VREF可直接連接到GND。

時鐘饋通與電源旁路

該放大器使用兩個同步時鐘進行自動校正，在OUT引腳可觀察到微量時鐘頻率信號，其可見校正饋通量取決于R2/C2設置的濾波器值。可通過ADC OUT端的R3/C3濾波器進一步減少校正饋通。

由于使用內部生成的時鐘信號進行自動校正，因此需要進行適當的電源旁路以獲得最佳性能。在電源線上應連接一個0.1μF的表面貼裝電容，以減少IC內部校正時鐘產生的紋波。雙電源工作時，每個電源引腳到GND都應連接一個0.1μF的陶瓷表面貼裝電容；單電源工作時，從電源線到GND連接一個0.1μF的表面貼裝電容。所有旁路電容應盡量靠近器件電源引腳，最好放置在器件正下方的電路板背面。

輸入過壓保護

AD8293G80/AD8293G160的所有引腳都具有ESD保護功能。當存在超過電源電壓的直流過載電壓時，大電流會直接通過ESD保護二極管。為避免這種情況，可在輸入端串聯一個外部電阻來限制電流，電阻值可通過公式(R{EXT} = (V{IN} - V_{S}) / 5mA)計算。

應用場景廣泛

電流檢測

憑借其高精度和低噪聲特性，能夠準確檢測微小電流變化，為系統提供精確的電流信息，適用于電池管理、電源監測等領域。

應變計測量

應變計輸出的信號通常非常微弱，需要高精度的放大器進行放大。AD8293G80/AD8293G160的低失調電壓和高共模抑制比能有效提取應變計信號，廣泛應用于工業稱重、結構健康監測等領域。

激光二極管控制環路

在激光二極管控制系統中，需要精確控制二極管的電流和功率。該放大器的高精度和穩定性能夠滿足激光二極管控制的要求，確保激光輸出的穩定性和一致性。

便攜式醫療儀器

對于對尺寸、功耗和精度都有嚴格要求的便攜式醫療儀器，如血糖儀、血壓計等，AD8293G80/AD8293G160的小封裝、低功耗和高精度特性使其成為理想選擇。

熱電偶放大器

熱電偶輸出的熱電勢信號微弱且易受干擾，該放大器的高共模抑制比和低噪聲性能能夠有效放大和處理熱電偶信號，準確測量溫度變化。

總結

總的來說，AD8293G80/AD8293G160儀表放大器以其小封裝、高精度、低噪聲、寬電源范圍等優勢，在眾多應用場景中展現出了卓越的性能。其獨特的工作原理和豐富的應用信息為電子工程師提供了便利和保障，無論是在設計高精度測量系統還是便攜式設備時，都是一個值得考慮的選擇。你在實際設計中是否使用過類似的儀表放大器呢？遇到過哪些問題和挑戰？歡迎在評論區分享交流。