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仪表放大器只有差模输入不工作吗?

云深之无迹 来源:云深之无迹 2023-10-29 10:05 次阅读

昨天写了一个又臭又长的文章:仪表放大器干翻了我。。。

在末尾看似回答了问题,但是有点模糊。

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这个电路做分压抬升,也提供共模电压!!!缺后面这个话

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这个电路的仿真是正确的,直流+信号,抬升了

昨天在INA前面加一个单纯的差模信号,后面没有反应,是因为输入范围不在INA的共模工作范围。

两个差分输入端都有这个,就是加了大的共模电压,然后送入放大器的就是抑制了共模,放大了差分。

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我们看一个ECG芯片的输入端的设计,这个是2电极

也就是没有右腿放大电路,没有提供共模输入通路。

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这个就是没有了,但是组成了RC的滤波器,因为有第三级的输入

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也就是这样

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这个图就是我看过最好的示意图!!!

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TI这个也好

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类比三运放的输入

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输入级的分析

这个文章相当精彩,我有空写。就是分析噪音这段

d2b8955e-7566-11ee-939d-92fbcf53809c.png

这个也不错,共模就是说信号的任意一点和GND,或者是0V的差值,差模是相对的坐标系,互相参考,但是共模是全局的查看。

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也就解释了一些线之间的电容是干啥用的,共模电容来抑制干扰信号。

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差容就是直接连在一起

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也就是信号出来了

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村田有很好的文章,我就先偷个图,也说一下Y,X电容是什么

还有示波器探头的事情:

1.抗干扰能力强,因为两根差分走线之间的耦合很好,当外界存在噪声干扰时,几乎是同时被耦合到两条线上,而接收端关心的只是两信号的差值,所以外界的共模噪声可以被最大程度抵消。

2.能有效抑制EMI,同样的道理,由于两根信号的极性相反,他们对外辐射的电磁场可以相互抵消,耦合的越紧密,泄放到外界的电磁能量越少。

3.时序定位精确,由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点,而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断,因而受工艺,温度的影响小,能降低时序上的误差,同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS就是指这种小振幅差分信号技术。

差分信号的结构特点要求对应的测试设备也必须是差分拓扑,差分探头因此成为现代示波器的主流配件。下图是典型的有源差分探头电路结构图:

d3062fc6-7566-11ee-939d-92fbcf53809c.png

共模抑制比,简单来说,就是差动放大电路中对信号共模成分的抑制能力,其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Adm与对共模信号的电压放大倍数Acm之比,英文全称是CommonModeRejectionRatio,一般用简写CMRR来表示。

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哪些因素会影响探头的共模抑制比呢? 电路对称性――电路的对称性决定了被放大后的信号残存共模干扰的幅度,电路对称性越差,其共模抑制比就越小,抑制共模信号(干扰)的能力也就越差。 信号频率或者Dv/Dt 任何探头或仪器输入的不匹配。

很显然,CMRR值越大越好,一般在60dB(1000:1)左右,但随着频率增加CMRR会逐渐减少。因为越快的信号边沿越容易再正负两端产生偏差,因而也会带来更多的共模电压,如下图所示。

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嗯,看懂了

探头确实很贵

不过有开源的!!!

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示意图

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部分原理图

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差分的输入电压

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一点参数

喜欢,想做,等固件。

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插一个电源的示意图

下面的解释都是超过,我没有超,我干脆没有。 当运放超出VICMR时,器件就可能不能做正常的线性运行。因此,必须了解输入信号的整个范围区间,确保运放不超出VICMR。 另一个混淆点是:VICM与VICMR是非标准的缩写,各家IC供应商的数据表中经常使用不同的术语,如VCM、VIC和VCMR。

因此,必须清楚自己正在查看的规格,它不是一个特定的输入电压,而是一个输入电压的范围。 违反VICMR的情况一般出现在使用3.3V、5V或其它低电压应用的单电源运放中。在这些应用中,输入信号区间一般都是狭窄的,必须知道输入信号和VICMR,才能确保运放的正常运行。

首先,如果输入波幅过大,则要用一个电阻分压器,将信号保持在正确的VICMR区间内。 其次,如果输入信号的偏移有问题,则尝试使用一个输入偏置或直流偏移电路,使输入信号置于运放VICMR区间规格内。 第三,可以尝试换用一种能满足所有其它要求的轨至轨输入运放。

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左边的图就是解释右边

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最常见的共模应用

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共模在电源上面

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蓝色的就是共模电

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还是共模

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看几个电路

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前面有共模电压的输入端,也是可以调节直流分量,其次是双电源供电,,REF为0电位

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这个是双电源的芯片

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后面是低通

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这个的话,我就以为是旁边共模电压是外部给的,而且也没有

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参考电源

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二阶低通滤波器是一种由 R.P Sallen 和E.L.Key. 在 1995 年给出的经典电路。这种滤波器实现了正的直流增益。在单电源环境下由于过程中无需提供参考电压,这样极大地简化了实现过程。本电路不仅可滤除高频噪声,还可用来放大输入信号。

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C2 跨接电桥输出端,以便 C2 有效地与 C1a 和 C1b 的串联组合并联。通过这样连接,C2 非常有效地减小了由于不匹配造成的任何 ACCMR 误差。例如,如果 C2 比 C1 大 10 倍,则它能将由于 C1a/C1b 不匹配造成的CMR 误差降低20倍。注意,该滤波器不影响 DC CMR。 RFI 滤波器有两种不同的带宽:差分带宽和共模带宽。差分带宽定义为当在电路的两个输入端(+IN 和-IN)之间施加差分输入信号时的滤波器频率响应。该 RC 时间常数由两个阻值相等的输入电阻器(R1a,R1b)之和,以及与 C1a 和 C1b 的串联组合并联的差分电容器 C2 一起决定。

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差分带宽

共模带宽定义为连接在一起的两个输入与地之间出现的共模 RF 信号。认识到 C2 不影响共模 RF信号的带宽很重要,因为这个电容器是连接在两个 输入端之间的(有助于使它们保持在相同的 RF 信号幅度)。因此,共模带宽由两个 RC 网络(R1a/C1a和 R1b/C1b)对地的并联阻抗决定。

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共模带宽

电阻器 R1 和 R2 可以采用普通的 1%金属薄膜电阻器。但是,所有三个电容器都需要采用高 Q 值、低损耗的电容器。电容器 C1a 和C1b 需要采用±5%允许偏差的电容器,以避免降低电路的 CMR。 差分输入滤波器的截止频率必须设置为大于共模滤波器截止频率的20倍,以防止共模噪声被转换为差分信号。 这些截止频率是通过将差动电容器的尺寸定为共模电容器尺寸的10倍来实现的。

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这个热电偶的传感器,特性和我使用的差不多,这里也写一写。

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我们看左下脚

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这个是共模电压

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还有仿真图

共模电压共模电压为2.6 V,以允许仪表放大器的输出从250 mV摆动到5 V。共模电压通过分压器设置,分压器使用来自REF02的5v电源,电阻R和电阻Rg。电阻R和Rg分别为15.0 kΩ和16.2 kΩ。电阻R和Rg的容差为0.1%,以减少与共模电压相关的误差。

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图显示了共模电压为2.6 V时INA188的共模与输出电压的关系图。在共模电压为2.6 V的情况下,INA188的输出摆幅为220 mV至9.37 V。

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发现了一个TI的精密信号链设计的PPT,感觉写的好好

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INA121U

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审核编辑:刘清

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原文标题:仪表放大器只有差模输入不工作的解释

文章出处:【微信号:TT1827652464,微信公众号:云深之无迹】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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