ZHCT378A May   2022  – January 2023 ADS7040 , ADS8681 , ADS8860 , INA333 , INA350 , INA351 , INA823 , OPA192 , OPA320 , OPA333 , TLV9041 , TLV9064

 

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仪表放大器(in-amp 或 INA)是将低电平传感器输出转换为可驱动模数转换器 (ADC) 的高电平信号的常用方法。INA 适合传感应用,因为它们提供高共模抑制,并且能够将许多传感器的高输出阻抗与其高输入阻抗相匹配。它们通常针对低噪声、低失调电压和低漂移进行了优化。缺点是它们通常没有足够的带宽来实现 ADC 采样率所需的稳定时间。在传感应用中利用 INA 的优势同时仍实现高采样率的解决方案是在 INA 和 ADC 之间使用高带宽 ADC 驱动器。本概述展示了如何为桥式传感器实现此解决方案,但此方法可用于各种不同的传感器。

桥式传感器信号链解决方案

设计注意事项

  1. 仪表放大器电路可以分立或集成方式实现。TI 高精度实验室 - 仪表放大器视频系列讨论了不同的用例和拓扑。
  2. 仪表放大器的带宽通常不足以以较高的数据速率驱动 SAR 数据转换器。需要宽带宽的原因是 SAR 具有开关电容器输入,而此输入需要在每个转换周期内充电。此设计中增加了 OPA320 和 OPA322 缓冲器来让 ADC 以高数据速率 (1MSPS) 运行。
  3. 使用仪表放大器的共模输入范围计算器软件工具选择介于 INA 共模范围内的 RBias。在上述情况下,RBias 被设定为输出
    ½ × AVDD 至 INA IN 以匹配基准缓冲器输出。
  4. 选择适合 Cfilt1 和 Cfilt2 的 C0G 电容器以更大限度减少失真。
  5. TI 高精度实验室 - ADC 培训视频系列介绍了选择电荷桶电路 Rfilt 和 Cfilt 的方法。请参阅 SAR ADC 前端组件选择简介,了解有关此主题的详细信息。
  6. 有关校准,请参阅了解和校准 ADC 系统的失调电压和增益,了解有关此主题的详细理论。

推荐器件

下表为电路中的组件提供了四种不同的推荐器件选项。具有良好(低电压)解决方案精度的是分立式实施 INA。还显示了具有更高(高电压)解决方案精度的器件,因为其包含现有的模拟工程师电路:采用缓冲式仪表放大器驱动开关电容器 SAR ADC 的电路更高 的(低电压)解决方案精度可提供中级精度,但尺寸和成本都是这四种解决方案中最优的。

解决方案
精度
增益为 50 RTI (1)的总 INA VOS(典型值)(2) INA 基准
缓冲器
ADC 驱动器 ADC 估计总数(3)
面积 1 ku $(4)
良好
(低电压)
424.3µV TLV9064
(QFN RUC)
OPA322
(SOT-23 DBV)
ADS7040
(X2QFN RUG)
14.4mm2(5) $ 1.505
更高
(低电压)
200µV INA351
(WSON DSG)
10.8 mm2 1.232 美元
更高
(低电压)
200µV INA350
(WSON DSG)
TLV9041
(X2SON DPW)
11.5mm2 $ 1.334
更高
(高电压)
22.8µV INA823
(VSSOP DGK)
OPA192
(SOT-23 DBV)
OPA320
(SOT-23 DBV)
ADS8860
(VSON DRC)
27.3mm2 $ 10.579
最高
(低电压)
10.5µV INA333
(WSON DRG)
OPA333
(SOT-SC70 DCK)
ADS8681
(WQFN RUM)
32.1mm2 $ 7.684
以 INA 输入为基准
可以使用设计注意事项第 6 步 来校准失调电压
估计的解决方案面积和价格仅包括列出的 IC
截至 2023 年 1 月,ti.com 产品页面上提供的最新价格