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ADI问答之怎样构建与何时需要构建仪表放大器(中文版)

Yamei 在 2013-1-25 詢問的問題
最後回覆由cnhtzxb@163.com於2017-1-23提供

仪表放大器可以成为您放大器工具箱中非常宝贵的资源。无论您是在测量一个微小的信号还是设计一个多功能的系统前端,仪表放大器都是您工具箱中值得收藏的有用模块。ADI公司将在本次在线研讨会里与您共同探讨仪表放大器丰富的功能。首先,我们要介绍由两个或者三个运算放大器构建仪表放大器的基础知识。然后,我们还要考察各种结构的优、缺点和设计考虑。最后,我们还将讨论完全集成的仪表放大器的构成,并且将这种放大器的性能和自己构建的放大器的性能进行比较。

您好,如何构造带有偏置调节的仪表放大器电路?
我们的仪表放大器有一个管脚可以直接完成这个功能。如果自己搭建,右边接地的管脚的电压就可以完成偏置电压的调节

仪表放大器对电源电压的要求?单电源行吗?如果需要电气隔离,怎么处理?谢谢!
有些仪表放大器是可以使用单电源供电的,如AD623.如果需要隔离,需要使用另外的隔离电路。

仪表放大器使用过程有那些注意事项?如AD526,AD602
AD526,AD602都是VGA,既可变增益放大器,他们跟仪表放大器的原理是不同的。一般仪表放大器需要注意的就是输入共模电压不能过大,还有输入和输出的摆幅都应该在供电电压的双轨之间。
如何采用仪表运放构成交流恒定电流源,用于生物阻抗研究,要求电流幅值小<1mA,输出阻抗大,频率范围1kHz–100kHz;输入输出无较大的相移.
ADI拥有DDS产品可以任意编程频率。可以使用DDS来实现这个信号源。具体实现电路,你可以打800-810-1742,我们的工程师会帮你设计你需要的电路。

请问,仪表放大器的输入信号都很微弱,ADI的仪表放大器在放大微弱信号和处理噪音方面有何独到之处?
仪表放大器的优点在于它的输入阻抗很高,同时是差分输入,并且提供非常高的共模抑制比。

您好,麻烦问一下你们会不会讲一些你们在布线的时候遇到了什么样的问题,又是怎么去解决的呢?
布线对于电路设计来讲是很关键的,ADI有许多这方面的资料可以供你参考。而且在一些ADI组织的研讨会上也会专门讨论此类的问题。如你有兴趣,可以发email到china.support@analog.com索取相关资料。同时请您关注ADI举办的研讨会,您到时可以报名参加。
请问,我能否用3.3V单电源供电的仪表放大器AD627,放大0~40mV(0.1V共模电压,参考端接地)的差分信号到0~2.4V?线性度怎样?有没有其他的可单电源供电、线性度良好的替代产品?谢谢
应该是没有什么问题的。您还可以看一下AD623,他的成本比较低。

传感器放大器的设计要点是什么?
1。满足低噪声的指标2。高的共模抑制比3。足够的放大倍数4。功耗与尺寸
将10~370微安级信号放大的话用AD623可以吗?AD623和AD620在这个应用中的区别是什么
AD623只能放大电压信号,您需要转化成电压信号。需要注意的是共模电压不能超出范围,AD623,AD620功能上没有本质区别,只是具体参数有不同。您可以比较一下数据手册

1.>何种情况下使用仪表运放比其它运放具有更大优势?2.>仪表运放在应用设计中需注意哪些事项?3.>单电源的仪表运放在设计中应避免的事项?
1. (Differential input) Small signal with high common mode voltage. High source impedance.2. Pay attention to common mode range (say, if higher than +/-15V, then need AD628 or AD629 type difference amp), PCB layout (symitic layout, it”s easier for AD8221) to get high CMRR.3. Common mode voltage is positive, not go to negative (unless specified by datasheet). For examples, AD623 at +5V power supply, input range is -0.15V to 4.85V.

仪表放大器通常会受到无线频率干扰,请问如何减少这种干扰的?
Use EMI filter. AD8556 has some build in EMI filter.
请问,在仪表放大器的ref端直接接参考电压好,还是通过一个单运放构成的跟随器效果好?为什么?谢谢。
因为REF端并不需要大的输入电流,也不需要阻抗匹配,所以直接接参考电压就可以的。

在仪表放大器中,如何降低电源引起的噪声?
1。采用差分输入。2。采用合适的对地和对VDD的耦合电容。
在新的AD8xxx系列中有可以替代AD625的型号吗
没有完全一样的,不过AD8250可以提供1,2,5,10的增益选择。

仪表放大器漂移问题该如何考虑和解决?
由于仪表放大器所需外部元件很少,所以对于温度漂移来讲,除了仪表放大器本身的温度漂移误差外,外部所接增益设置电阻的温度系数比较关键。对于ADI的新产品如AD8230,由于其采用了斩波技术,而且两个电阻比例设置增益的设计,所以它的漂移很小。

仪表放大器的输入级在PCB布局时应要注意什么问题,如何才能有良好的噪音性能?
一般保证输入端的信号等长就可以,如果考虑到RFI干扰,可以考虑参考AD8221数据手册的Figure 49
1.PCB的信号链路设计如何能适应仪表放大器的技术指标(比如噪声)
1。如果是两极放大,注意在前一级尽量减噪。
2。如果是电源噪声,主要是采用差分,和对地耦合电容等来实现。
3。在信号链路中加一级滤波

仪表放大器的设计,与带放大器、AD转换器的单芯片信号调理器的设计,有什么区别?
您是指内部电路的设计,还是它们的应用之间的不同?如果是内部的设计,放大器+ADC的设计要考虑更多的相互干扰的问题。对于应用来说,集成的方案的尺寸会更小,但是性能相对于高精度的单仪表放大器来讲会差一些。
仪表放大器的差分输入,和传感器配合使用时,如何设定输入偏置电路?电阻数值如何选取?
If you mean set common mode voltage level, it”s better to set ((+V)-(-V))/2. VCM will affect output range. If the IIA is not good, it also affect CMRR. But good parts such as AD8221 will guaratee CMRR over a very big common mode voltage range. AD8221 CMRR>100dB at 1kHz at gain of 10 vover the tatal VCM = –10V to +10V range (+/-15V power supply).
在AD8221的输入端需要怎样设计滤波器才能最大限度降低噪声而又得到快速的响应时间?
一般情况下,AD8221的输入端不需要接滤波器,至于滤波等功能可以放在AD8221后去做。 仪表放大器对滤波器没有什么特殊的要求,就按照截止频率的需要设计滤波器就好。
怎样在仪表放大器端调整失调和增益。
Most IIA has a gain set resitor, you can choose the right resistors. That”s why it”s better than discrete circuit. Some parts has PGA (such as AD8251 G="1",2,4,8, AD8250 G="1",2,5,10), AD8555 (G=70~1280)

如何滤去仪表放大器中高频共模信号?有具体电路吗?
您可以参考AD8221数据手册的Figure49

请问,如何处理仪表放大器应用时所出现的共振问题?
您所指的是放大器出现自激?如果是这样,这与放大器的输出负载有关,同时也可能是您的电路设计的问题。您可以把你的电路以及观察到的结果发email到china.support@analog.com.我们的工程师会帮助您分析问题的所在。
请问专家,构建仪表放大器时的主要难点在哪里?谢谢!!
如果自己构建仪表放大器,难点在于保证电阻之间的匹配性,以达到更到的共模抑制比。

ADI的单片仪表放大器有那些型号?价格如何?
ADI的单片仪表放大器有很多产品,最新的高性价比产品有AD8221, AD8220,AD8230,AD8250,AD8251等等。价格也根据性能的不同有所变化,您可以到ADI网站上了解更多产品和价格的信息。www.analog.com/china
用仪表放大器构成压控恒流源 如何搭建。。
A normal AMP can built constand current circuit to put sensor resistor between load and GND. A IIA can build constand current circuit where the sensor resistor can be put any where in the load circuit. And as IIA has good CMRR over high common mode range, so it”s possbile to use small sensor resistors.
我现在想对一个频率为1KHZ,但幅度只有几十uv的微弱信号进行放大1000倍,请问现在ADI有什么放大器能尽量减少干扰并且方便使用呢,以前听说AD623,现在应该有更好的使用吧,请推荐和介绍。
因为您放大1000倍需要的增益带宽积为1M,最新推出的仪表放大器精度有所提高,但是大多数增益带宽积在700~800K,所以还是继续使用AD623比较好

仪表放大器增益非线性和那些因素有关?增益非线性如何处理?
增益非线性主要是有放大器内部晶体管电路的非线性决定,对于非线性误差,很难有方法去除,所以应选用非线性小的仪表放大器器件。如果你自己构建仪放,则需要选择非线性小的运算放大器。

运放的输出短路保护能力如何?由此构建的仪表放大器在设计上如何考虑过载能力?
普通运放的输出阻抗一般较低。而由此构建的仪表放大器由于采用电阻反馈网络,有较高的输出阻抗。

解决仪表放大器的温度飘移问题,有何妙计?要从几方面入手?
选用温漂小的增益设置电阻。使用AD8230具有斩波输入级和为低温漂特别设计的仪表放大器。

AD8251和AD8250 现在样片出来了么?可以申请到么?
AD8250已量产。AD8251还未量产,请联系ADI代理商申请样片。
仪表放大器和传感器配合使用时,如何进行调零?
IIA normally has very low offset, so there is no need to add just the offset of the IIA (for example, AD8221 has 25 μV max input offset voltage, 0.3 μV/°C max input offset drift). For the sensor, if you can gurantee senor”s ouput is differential to IIA, then common mode voltage will be reject by IIA”s high CMRR.

请问ADI那种仪表放大器适合用在高精度,高输入阻抗,高共模抑制比的生物医学仪表?
AD8220,它的输入级为JFET,输入阻抗高,同时共模抑制比也非常高,适用于生物医学仪表。
传感器输出的1mv~35mv范围的电压,经放大后送入ADC,放大器的选择应注意什么问题,
如果是共模电压比较大的信号,那么需要选择CMRR比较高的仪表放大器。

仪表放大器通常会受到无线频率干扰,请问如何减少这种干扰的?
请参考AD8221数据手册的figure49 图

ADI的仪表放大器的输入电流/电压失调以及共模抑制比,现在能达到什么样的水平?
Good new IIA has high CMRR at both DC and some frequency range (AD8221 spec at 10k HZ).AD8221 CMRR DC to 60 Hz with 1 k? Source Imbalance (VCM = –10 V to +10 V)G = 1 80(Agrade), 90(B grade) 80(C grade) dBG = 10 100 110 100 dBG = 100 120 130 120 dBG = 1000 130 140 130 dBCMRR at 10 kHz (VCM = –10 V to +10 V )G = 1 80 80 80 dBG = 10 90 100 90 dBG = 100 100 110 100 dBG = 1000 100 110 100 dB

仪表放大器的增益,如何会出现非线性?如果出现非线性,如何进行处理或补偿?
任何线性系统都不是理想的。因此都会有非线性的指标,如:1-dB 压缩点或IIP3等。通俗的说,放大器都是由晶体管构成,晶体管工作在直流工作点时,对小信号的放大,将其视为线性系统。但小信号的增大,会让其进入饱和区或截止区,因此就出现非线性。出现非线性时,首先要考虑采用合适的放大器。

交流CMRR和直流CMRR对具体应用有什么影响?
CMRR指放大器对共模噪声的抑制能力,不管共模是交流还是支流,如果CMRR过小,或者共模噪声过大,都会影响到输出信号的精度。

我在衡器上用过AD624C,它的G=100时为10ppm/℃,失调漂移为0.25μV/℃,性能一般,价格也贵。现在有更高性价比的新产品吗?
你可以考虑使用AD8230,它的漂移很小。

仪表放大器的输入端是否需要进行保护?如何进行?
为了电路安全,是需要在前级电路设计时加入保护,对于仪表放大器来讲,可以使用二极管来箝位输入的共模和差分信号,并可以加限流电路来保护电路。

仪表放大器如AD8221对电源有何特别要求?它对电源的波纹要求最低限度要多高?
对于电源的噪声抑制的参数为PSRR,您可以参考数据手册第7页的,Figure12,13,里面有AD8221的PSRR的参数。

对纹波要求的最低限度取决于您对信号精度的要求在设计仪表放大器时信号线和地线的布局分布应如何安排?
就是考虑到地线的噪声或者可能会出现的浪涌电流,减小其对信号线的影响,如加入耦合电容,和电阻构成滤波网络等。

如何减少差分输入的信号对仪表放大器的干扰?
本身来说,差分输入相对于单端输入,其干扰就小
仪表放大器如何应对电源50Hz的干扰?ADI有这样的滤波解决方案吗?它的衰减要达到多少dB才合适?
仪表放大器的电源抑制通常很高,如AD8221, 它的50Hz PSRR在增益为1时是100dB,而增益为1000时,为130dB。另外,AD8221仪表放大器还具有很高的交流CMRR能力,所以可以对50Hz工频干扰有很好的抑制。

电阻的匹配问题是指它的绝对值还是它们的比值?
它们之间的差值。差值决定了共模抑制比,绝对值决定了增益误差。
我们有一个产品中有9路AD采样,AD前的运方和滤波器件分别是OP200GS,MAX307CWI,AD795,AD797BR,ADC用的是AD7862,现在遇到的问题是9个通道的精度不够,导致9通道一致性不够,请问改从那个方面下手改进?谢谢!!
AD7862 is Simultaneous Sampling Dual 250 kSPS 12-Bit ADC with two 2:1 MUX. If every channel is exactly the same, then it should be OK. The issue may comes from MAX307 differential MUX because it has big on resistor (100 Ohm) and it drift with temperature and varied with frequecy, you need high input impedance after MAX307 (or ADG1207). Various in the amplifiers on each channel is also a issue (difference in gain by mismatch of resistors, big offset amplifiers has different offset, offset drifter, etc). A new part is AD7658 (6ch simulteneous sampling 12bit ADC, AD7656 is 6ch 16bits). If you use 2pcs, then no MUX need. Then it”s easier to get good channel match. Here you can use OP2177 (Low Offset Voltage: 60 μV Max,Very Low Offset Voltage Drift: 0.7 μV/°C Max)

如果要扩充单芯片仪表放大器的性能,如何处理输入级和输出级才能提高整体性能而不是降低性能?
If you use IC in your application, then choose a good part (such as AD8221). If you mean IC design, then it”s more important to make sure good match resistors, choose right input type and carefuly bias. Commplemtary design will get good performance, maybe higher cost.
请介绍以下OP482G的应用
OP482的功耗较低,同时输入阻抗高,偏置电流小,因此它可以应用在一些便携式的需要高阻抗的信号调理的应用上。

放大器如AD604,特别在高增益下会产生自激而引起干扰噪音,请问有何良策?
First, please do not use 1 AD604 to gain up one channel twice, it”s better to use 2pcs AD8331 if you need 2 stage gain. If you use each AD604 in 2 channel, then it”s ok. A new part is AD8332. Carefully PCB layout is very important. Make sure output is far away from input. Make sure good decoupling. Get a good low impedance ground plane.

放大器的接地处理是相当复杂的,对于高精密仪表放大器,是否对电源地平面的铺设有特别设计要求?
对。这就要求对包含有高精密仪表放大器的整个电路进行布局。1。对于电路中可能会出现大的开关电流的元件要尽量远离仪表放大器。2。仪表放大器接地要放在远端,而把大电流的元件或频繁开关的元件放在接地的近端。3。仪表放大器接地时加入耦合电容。

仪表放大器由多个运放组成,它对运放性能的匹配性有何特别要求?
If you use 3 amplifiers to build the same function as IIA, then all resistors must be matched (exactly the same). It”s easier to use 1 integrated IIA (such AD8221). Please refer to presentation.
另外,ADI有没有输入和输出同为Rail to Rail的仪表放大器?请介绍一下!谢谢
您可以考虑AD623,他的输入和输出到轨的距离都只有150mV左右。

如何实现两个仪表放大器的同步工作?需要增加什么电路或元件?
I do not understand whay you want. The analog circuit will always gain all the input. If you circuit are exactly the same, the same length of input and output, same gain, then the 2 channel should be good matched (same amplitude, same phase delay). It”s better to use dual IIA (such as AD8222) than 2pcs single IIA (such as AD8221) because dual IIA in same package has the same temperature drift.

请问仪表放大器的输入应该如何处理以应对不同信号的输入幅度?
首先是选定合适放大器输入摆幅如果是没有合适的,可考虑在前面加一级可调增益的衰减放大器。

构建仪表放大器时,对运算放大器的频率有什么样的要求?匹配误差要达到多少?如何选择呢?
每一个运算放大器的带宽都应该大于仪表放大器的带宽。同时,第一级的两个运算放大器的偏置电压和失调电流的匹配还是比较重要的,可以通过测量选择比较小的和匹配度比较高的运算放大器。

两运放和三运放组成的仪表放大器在性能上有何差别?它们对运放的性能有什么不同的要求?
两运放这种结构的主要优点是结构简单:它只需要两个运算放大器和四个电阻器。三运放结构通常需要使用一个四运放器件,因为很少有包含三个运算放大器的器件。由于多余的一个运放需要消耗更多的功率,所以两运放结构在能耗方面也会更低一些。和三运放结构一样,两运放结构电路也具有很高的输入阻抗。两运放结构的缺点是性能要差一些。如果进行计算分析,您就会发现这种结构的共模抑制比对电阻器阻值变化的灵敏度比起差分放大器结构来要略高一些。它在最坏情况下对于0.1%电阻器匹配条件的CMRR不是54 dB,而是50.5 dB。与三运放结构不同的是,这个CMRR数值不随增益的增加而改善。由于两个通路不平衡,同相通路信号的频率响应与反相通路信号不同。由于反相通路要通过两级电路而不是一级电路,所以在反相通路中出现了一个相位延迟。并且压摆率和带宽特性也会不同,这是因为其增益在两个放大级之间分配,而不是由一级电路提供。这实际上意味着和三运放仪表放大器相比,这种电路结构的共模抑制响应随频率快速下降。最后,噪声性能也要差一些。与三运放的主要增益发生在第一级不同,在两运放结构中一般要迫使第一级的增益接近于1。主要的放大量发生在第二级电路中。这样,第一级的噪声直接影响噪声性能。

可不可问一个运放的问题?就是所谓深度负反馈的不稳定性,可不可以介绍一个经验值,比如闭环增益为多少倍可能会引起系统不稳定
If the AMP”s phase margin is less than 30 degree, then it”s trend to be unstable. It depends on feed back net work, no necessary high gain. Normally under high gain, we need consider parastics (for example, if you use a feed back resistor of 10M Ohm, then the leakage on PCB board maybe some impact, but when you use 10k Ohm feed back resitor, then the leakage maybe very small compare to feed back current). And, if the amplifier is current feed back resistor, please follow the recommandation feed back resistor suggested in datasheet. Normally 1 gain stage with a gain bigger than 40dB (A=100), you need consider stability issue.

请问ADI那种仪表放大器适合用在高精度,高输入阻抗,高共模抑制比的生物医学仪表?
AD8220
运放的输入失调的不同,多仪表放大器有什么样影响?
第一级两个运放失调的不同会带给仪表放大器比较大的增益误差

多个运放的性能如共模抑制比的温度特性不同,会对仪表放大器有什么样的影响?它们的差别最大限度要求是多少?
第一级两个运放的特性不同,最终都会体现在仪表放大器的增益误差上,最大限度地要求取决于您对仪表放大器增益误差的限度的要求

如何拟制手机信号对仪表放大器或自建仪表放大器电路的干扰?
对于RFI干扰,您可以参考AD8221数据手册的图49
仪表放大器具有自动调零功能吗?它对频率特性有何影响?它又如何和信号通道隔离?
Most IIA has very low offest. If use chop technology, need consider the chop frequency if the part is not good designed (please refer to AD8628 self-zero amplfier datasheet for details). If it does, please add low pass filter to remove it”s impact.
仪表放大器的输入端和传感器的输出相连接,如何处理传感器的噪音问题?
可以加入滤波器滤除噪声。
仪表放大器和一般的高性能运算放大器有何不同?请专家给介绍一下!谢谢!
仪放的输入阻抗高,共模抑制比高,放大的是差分信号。

请介绍一下仪表放大器的主要应用在那些领域?
仪表,医疗,传感器信号调理等等。总的来说,它可以用在需要对大噪声和干扰下的高阻抗的微弱信号的检测的应用上。
i plan to measure bio signals. the signals r in micro V level. the BW is about 1MHz. i need 4 channel.give me some advice for amp.thanks
Most IIA is not faster enough to work at 1MHZ signal. But AD8250 (G=1,2,5,10) is fast enough (10MHZ) to gain it up. AD8250 has High CMRR (98 dB (min), *G = 10), Low gain drift(10 ppm/°C (max)), Low offset drift( 1.7 μV/°C (max), G = 10). If you need high gain and low noise, AD8334 is a good choice (0.74nv/sqrt(Hz), 100M BW). Another low noise part is ADA4899 (Ultralow noise: 1 nV/√Hz, 2.6 pA/√Hz bandwidth: 600 MHz (G = +1))

AD627的输入时Rai to Rail的么?它的合适的输入范围是多少?
AD627 is rail to rail out put, not rail to rail input. It”s input range is (?VS) ? 0.1 to (+VS)– 1 (-5.1V to 4V at +/-5V power supply)
我需要测量生物信号。微伏级到几十微伏。4个通道。带宽在1MHz。(信号放大后,用ADC同步纪录4个通道中信号的峰出现的时间,值)对放大器,我考虑用AD8250作前放,后接8334或8335。请教专家,这个方案如何?有没有更好的方案?我这里用8334还是8335好?谢谢。 This design depends on you AC or DC+AC signal. I assume you have big source impdance, AD8250 is good, the only issue is AD8250 has big noise (Low noise: 18 nV/√Hz, G = 10 (max)), suggest build a good 1MHZ Low pass fiter after AD8250, then to AD8334. If AC only and small source impdance, suggest AD8334″s LNA directly as it has low noise. AD8334 is better than AD8335 as it has lower noise, but no big difference if you have use AD8250 in first stage, as AD8250″s noise is much bigger. ADC, you need 4 channel simultenouse sampling, suggest 2pcs AD9216 (dual 10bit, PP port, use AD9238 if you need 12bit) or 1pcs AD9219 (quad, 10bit, LVDS output). ADA4899-1 has small input impedance as well.

結果