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[参考译文] 仪表放大器选择

Guru**** 1828310 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA828, OPA365, OPA376, OPA189, OPA388, OPA197, INA149, INA821
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/755257/instrumentation-amplifier-selection

主题中讨论的其他器件:OPA828OPA365OPA376OPA189OPA388OPA197、INA149INA821

您好!

  对于数据采集中的新项目、客户对噪声有以下要求:

< 2.5mVrms RTO @增益= 500。  
此外、竞争对手的规格为  
2.0uV RTI + 0.3mV RTO、RMS (BW = 10kHz)
对于高性能仪表运算放大器、ENI = 8nV/sqrt (Hz)、ENO = 80nV/sqrt (Hz)
并且基于 总 RTO 噪声=√μ V (G*ENI) 2 + eNO2  
 
增益为500时的总 RTO 噪声频谱密度为4000.8 nV/sqrt (Hz)
当转换为噪声功率时、该值为6.403e-8 V2或253.1mV RMS。  
该数字比我们需要满足的规格大100倍。  
 
问题:
1) 1)它们是我们计算中的错误
2) 2)如果不是、请提供有关合适器件或架构的建议以达到规格
3)是竞争对手的实际规格
4) 4)输入需要受到 +/- 25V 过压保护、请建议如何实现这一点。 放置齐纳二极管是否起作用(它们是否会影响噪声)
5) 5)我们需要向用户提供缓冲输出、并向数字转换器(ADC)提供一个输出。 请在运算放大器电路上提供建议以实现这一点
 即1)将一个单端输出转换为两个单端输出
     2)用于将单端信号转换为高达 +/- 10V 的差分输出
6) 6)如何在一个月内实现满量程0.05%的增益稳定性(使用1%容差电阻器就足够了、或者必须做一些额外的事情)
7) 7)放大器零点:如何使用 +/- 2.5mV RTO 实现自动放大器零点
8) 8)如何将共模电压能力提高到 +/- 300V
9) 9)在缓冲输出发生短路时保护系统
10) 10)在增益为100时实现100dB 的 CMRR
11)输入阻抗为10M Ω
 
感谢您的参与和帮助、
此致、

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    SM、

    通常、您应该计算参考输入 RTI 的噪声、然后将其乘以增益以参考输出 RTO。

    这样、如果 G=500、您将得到:Vnoise RTI =[(8^2)+(80/500)^2]^0.5 = 8.0016nV/rt-Hz、这与 Vnoise RTO = 500*8.0016 = 4000.8nV/rt-Hz 相符

    但是、要计算总 RMS 噪声、必须将电压频谱密度乘以噪声带宽的平方根。

    因此、如果您的噪声带宽为10kHz、则 Enoise RTO = 4000.8nV/rt-Hz *(10、000Hz)^0.5 =~0.4mVrms、因此接近客户要求的0.3mVrms RTO。

    由于增益为500时、总噪声主要由输入噪声频谱密度决定、这意味着为了满足0.3mVrms 的客户 RTO 噪声规格、您必须选择 Eni 为6nV/rt-Hz 或更低的器件。

    很难解答您的其他问题、因为您不提供电源电压、输入电压范围、IQ、Vos、漂移、 IB 等 为了在增益为500时获得10kHz 的有效带宽、您必须具有5MHz 或更高的最小增益带宽积 GBP。  因此、您可能会考虑使用的一些运算放大 器是具有36V 最大电源电压的低电压 OPA365、OPA388、OPA376 (最大与5V 的关系)或 OPA197、OPA189和 OPA828。

    为了实现+/-300V 输入共模电压范围、您必须将差分配置中的运算放大器与适当缩放的电阻器配合使用(请参阅 INA149)、但为了满足100dB 的最小 CMRR 要求、还需要将电阻器匹配到0.001%或更高的范围内、这会导致成本高昂。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。
    Marek、
    非常感谢您的深刻回答。
    从数据表中可以看出、CMRR 是仪表放大器增益的函数、它与增益一同增大(参考 AD8422、遗憾的是无法找到 TI 提供的等效器件)。增益为100时、我们的要求是100dB。 在这种情况下、目标 CMRR 将由器件本身在内部实现、我们无需担心添加高精度电阻器。
    整个 DAQ 链(从传感器输出到 ADC)将仪表放大器作为第一级、有源低通抗混叠滤波器作为第二级、有源单端到差分转换器作为第三级、最后是 ADC 本身。 每个阶段都会增加一些噪声、因此我们如何计算接收链的总噪声。
    电源电压将为+/- 13V、输入电压范围为+/- 10V。
    再次感谢、
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    如果您希望覆盖高达+/-300V 的输入共模电压、则需要构建具有精密匹配电阻器的差分放大器。  ΔVos CMRR 是增益的函数、但由于 CMRR =ΔVcm μ V/μ s、差分放大器中的直流 CMRR 是匹配电阻器的函数: 0.1%匹配允许最小 CMRR 为54dB、而0.001%会导致最小 CMRR 为94dB。

    对于仪表放大器、您不需要担心电阻器加工、因为它们已经在晶圆级进行了激光修整;但是、仪表放大器将无法覆盖数百伏的共模输入电压范围。  如需交叉参考 AD8422、请参阅 INA821。

    在涉及具有相似噪声系数的多个增益级的电路配置中、第一级的噪声将主导总 RTI 噪声、因为第二级和第三级的噪声会被前一级的增益偏离。

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    SM

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    谢谢
    Dennis