CM和120dB CMRR儀表放大器- 準(zhǔn)確度達(dá)0.02%的具125VCM和120dB CMRR儀表放大器

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當(dāng)需要進(jìn)行高準(zhǔn)確度差分輸入測(cè)量時(shí)，可采用圖1所示的電路。它特別適合于有可能出現(xiàn)高共模電壓的換能器信號(hào)調(diào)理。該電路不僅具有斬波穩(wěn)定型放大器AI的低失調(diào)和漂移，還采用了一個(gè)新穎的光耦合、開(kāi)關(guān)電容器輸入級(jí)，旨在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)無(wú)法達(dá)到的規(guī)格指標(biāo)。在±125V的輸入范圍內(nèi)，DC共模抑制超過(guò)了120dB，而且，增益準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性由AI來(lái)設(shè)定。來(lái)自所有信號(hào)源的誤差均在0．02％以內(nèi)。由于該設(shè)計(jì)具有高共模電壓承受能力，因此能夠可靠地提取小信號(hào)，并耐受工業(yè)環(huán)境中常見(jiàn)的瞬變和故障條件。

該電路通過(guò)對(duì)跨接在輸入端上的一個(gè)電容器進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作(S1A、S1B)以測(cè)量輸入差分電壓(“采集”)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，該電容器被充電至輸入端上的電壓。s1A和S1B開(kāi)路，而S2A和S2B閉合(“讀取”)。這將把一個(gè)電容器極板接地，并且該電容器的存儲(chǔ)電荷將被放電至S2B上的IuF接地元件。該開(kāi)關(guān)周期連續(xù)重復(fù)，從而導(dǎo)致以A1的地電位為基準(zhǔn)的正輸入端承受輸入差分電壓。共模電壓通過(guò)未接地的1BF電容器的光開(kāi)關(guān)操作來(lái)加以抑制。規(guī)定的LED驅(qū)動(dòng)型MOSFET開(kāi)關(guān)不具備接點(diǎn)電勢(shì)，且光驅(qū)動(dòng)器未產(chǎn)生電荷注入誤差。一個(gè)非重疊時(shí)鐘用于防止S1和S2同時(shí)導(dǎo)通，這種同時(shí)導(dǎo)通將造成電荷漏失，進(jìn)而引起誤差，并有可能導(dǎo)致電路受損。5．1V齊納二極管負(fù)責(zé)在輸入端承受差分過(guò)壓的情況下防止開(kāi)關(guān)電容器發(fā)生故障。

斬波穩(wěn)定型放大器A1具有一個(gè)時(shí)鐘輸入。該時(shí)鐘由Q3來(lái)進(jìn)行電平移位和緩沖，用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)邏輯分壓器鏈。第一個(gè)觸發(fā)器負(fù)責(zé)起動(dòng)一個(gè)充電泵，把A1的V一引腳電壓拉至負(fù)值，從而允許放大器電壓擺動(dòng)至0V以及0V以下。分壓器鏈終接至一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)用于提供0．02gF電容器的反相充電(圖2中的掃跡A和B)。對(duì)與這些電容器相關(guān)的選通進(jìn)行了合適的配置，從而使得邏輯電路能夠?yàn)镼1和Q2提供非重疊的互補(bǔ)型偏置。這些晶體管為S1和S2提供了這種非重疊驅(qū)動(dòng)，從而啟動(dòng)LED(掃跡C和D)。

由于LED驅(qū)動(dòng)型MOSFET開(kāi)關(guān)中的寄生誤差項(xiàng)極小，因而可獲得接近理論值的電路性能。然而，S1A的高電壓開(kāi)關(guān)操作對(duì)S2B的3pF至4pF結(jié)電容的。激勵(lì)作用將引發(fā)殘留誤．差(=0．1％)。這將導(dǎo)致少量的無(wú)用電荷被轉(zhuǎn)移至S2B上的1uF電容器。轉(zhuǎn)移電荷的數(shù)量將隨著輸入共模電壓的變化而改變，并會(huì)受到S2B的斷態(tài)電容的變?nèi)荻O管型響應(yīng)的影響(關(guān)聯(lián)度較弱)。至A1負(fù)輸入端的DC前饋以及從Q1柵極至S2B的AC前饋使這些誤差項(xiàng)得以部分消除。這些校正措施把誤差改善了5倍，從而實(shí)現(xiàn)了0．02％的準(zhǔn)確度。

光開(kāi)關(guān)故障有可能使A1承受高電壓，從