低成本零漂移儀表放大器AD8293G80/AD8293G160：特性、應用與設計要點

在電子設計領域，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，看看它在實際應用中能為我們帶來哪些優勢。

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產品概述

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。它有兩種固定增益型號可供選擇，分別為80和160，并且集成了增益設置電阻和濾波電阻，有效減少了外圍輔助元件的數量。

產品特性

封裝與元件數量

采用8引腳SOT - 23小型封裝，這種緊湊的設計對于空間有限的應用場景非常友好。同時，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，降低了設計復雜度和成本。

電氣性能

• 低失調電壓和低失調漂移：最大失調電壓僅為20μV，最大失調漂移為0.3μV/°C，這使得放大器在不同溫度環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的穩定性。
• 高共模抑制比（CMR）：典型值達到140dB，能夠有效抑制共模信號的干擾，提高信號的質量。
• 低噪聲：在0.01Hz到10Hz的頻率范圍內，電壓噪聲僅為0.7μV p - p，適合對噪聲要求較高的應用。

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態范圍。

應用領域

AD8293G80/AD8293G160的出色性能使其在多個領域都有廣泛的應用：

• 電流傳感：低失調電壓和高CMR能夠準確測量電流信號，減少測量誤差。
• 應變計：高精度和低噪聲特性可以有效檢測應變計的微小信號變化。
• 激光二極管控制回路：穩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。
• 便攜式醫療儀器：小型封裝和低功耗滿足了便攜式設備的需求，同時高精度和低噪聲保證了測量的準確性。
• 熱電偶放大器：能夠對熱電偶輸出的微弱信號進行有效放大和處理。

工作原理

AD8293G80/AD8293G160采用了精密的電流模式校正拓撲結構，由電壓 - 電流放大器和電流 - 電壓放大器組成。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。晶體管將信號電流傳輸到運算放大器A1的反相輸入端，經過A1和外部電阻R2的轉換，最終在輸出端得到軌到軌的輸出電壓。

其中，運算放大器A1是高精度自動歸零放大器，能夠內部校正失調誤差，同時保持了自動校正電流模式放大器拓撲的性能。外部參考電壓用于設置輸出參考電平，外部電容C2用于濾除校正噪聲。

設計要點

參考連接

與傳統的三運放儀表放大器不同，AD8293G80/AD8293G160的REF引腳串聯寄生電阻不會降低CMR性能。在單電源應用中，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。在雙電源應用中，VREF可以直接連接到GND。

輸出濾波

為了減少開關紋波，可以對輸出進行濾波。該放大器有兩個濾波器可以協同使用來設置濾波頻率。主濾波器由內部電阻R2和外部電容C2組成，用于限制輸出端的開關噪聲。根據不同的增益型號，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，與內部的5kΩ電阻R3形成低通濾波器（即次級濾波器），可以進一步減少校正紋波。對于帶寬大于10Hz的應用，需要同時使用這兩個濾波器來獲得500Hz的總帶寬。

時鐘饋通

AD8293G80/AD8293G160使用兩個同步時鐘進行自動校正，在OUT引腳可能會觀察到微量的時鐘頻率信號。通過使用ADC OUT引腳和R3/C3濾波器，可以進一步減少校正饋通。

電源旁路

由于放大器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。在電源線上連接一個0.1μF的表面貼裝電容，以最小化IC內部校正時鐘產生的紋波。對于雙電源操作，每個電源引腳都應連接一個0.1μF的陶瓷表面貼裝電容到GND；對于單電源操作，應將0.1μF的表面貼裝電容連接在電源線和GND之間。旁路電容應盡可能靠近器件的電源引腳放置。

輸入過壓保護

AD8293G80/AD8293G160的所有引腳都具有ESD保護。在直流過載電壓超過電源電壓的情況下，為了限制電流，應在輸入端串聯一個外部電阻。該電阻的選擇可以根據公式(R{EXT}=(V{IN}-V_{S})/5mA)進行計算。

總結

AD8293G80/AD8293G160以其小型封裝、低噪聲、高精度和高CMR等優點，為電子工程師在設計各種應用電路時提供了一個優秀的選擇。在實際設計過程中，我們需要根據具體的應用需求，合理設置參考電壓、進行輸出濾波、處理時鐘饋通、做好電源旁路和輸入過壓保護等工作，以充分發揮該放大器的性能。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特的設計經驗呢？歡迎在評論區分享交流。