一文详解仪表放大器的钻石图工具

仪表放大器

ADI公司的仪表放大器是精密增益模块，输入为差分式，输出可以是差分式，也可以是相对于参考端的单端式。这些器件能够放大两个输入信号电压之间的差值，同时抑制两个输入端共有的任何信号。仪表放大器广泛用于许多工业、测量、数据采集和医疗应用，这些应用要求在高噪声环境下保持直流精度和增益精度，而且其中存在大共模信号（通常为交流电力线频率）。

仪表放大器的钻石图工具

仪表放大器钻石图工具是一款由ADI公司开发的在线工具，可用于此类计算。该工具可自动为所需输出信号的参考电压、输入信号、电源电压和增益计算可能的配置。它通过图形显示特定输出信号可能的参数组合。

钻石图工具是一个网络应用程序，可生成特定配置的输出电压范围与输入共模电压关系图，也被称为钻石图，适用于ADI仪表放大器。根据电源电压、增益和输入信号范围等用户输入参数，该工具可检测设计饱和情况，推荐合适的仪表放大器使输入信号在规格范围内并且配置的电路是有效的。 该工具能避免设计饱和，找到适合设计的最佳仪表放大器，节省设计时间。

仪表放大器是适合压力或温度测量等各种应用的出色组件，它的主要作用包括信号放大和阻抗适配。

在许多情况下，仪表放大器具有参考输入引脚。在参考引脚上增加电压会使输出信号升高同等电压。这样就能简单精确地将仪表放大器的输出调整到ADC所需的输入电平，从而可以使用ADC的完整输入范围，同时提高分辨率。在具有高共模信号的情况下，另一优势是极为出色的共模抑制比和高精度。

图1所示为典型3运算放大器设计中仪表放大器的内部原理图。AD8421具有通用特性，适合各种应用。

图1. 典型仪表放大器的内部架构

使用仪表放大器时应当意识到，最大输出电压取决于输入信号（共模或差分信号）、增益、电源电压以及可能来自内部结构的限制。在3运算放大器架构中，第一级放大器（反相和同相输入）以预设增益放大输入信号。第二级放大器起到的是减法器作用。输出信号由两个输入信号相减而构成。参考电压会加到生成组合输出的信号中。

生成这种内部模拟信号后，不同的因素现在可能导致内部饱和，并可能减少最大工作区域。这些因素如下：

1、输入电压信号对于预设增益过高

2、参考电压对于生成的输出电压信号过高

3、电源电压过低

输出电压和仪表放大器工作区域取决于最大输入信号、增益、参考电压以及所选架构的限制，因此两者计算起来都有难度。如果把这些因素放在一张图中，可以得到一个菱形图，即所谓的钻石图。菱形图的空间表示可能的工作区域。计算起来并不简单，因为有多个输入和输出。

仪表放大器钻石图工具是一款由ADI公司开发的在线工具，可用于此类计算。该工具可自动为所需输出信号的参考电压、输入信号、电源电压和增益计算可能的配置。它通过图形显示特定输出信号可能的参数组合。

该工具包含所有ADI仪表放大器的规格，使用起来快捷方便。

图2至图4所示为该工具的图形用户界面及其钻石图、内部电路和建议使用的工具选项对应的窗口。

在第一个窗口（图2）中，您可以输入所需的全部参数，计算钻石图，并将其直观显示出来（可能的参数包括输入信号、增益、电源电压和参考电压）。对于输入信号，您可以选择共模信号或差分信号。此外，该工具还有助于确定所选放大器的局限性并区分输入-输出和内部限制。现在可以估算工作区域。一般来说，建议在运算时不要太接近钻石图极限。

图2. 仪表钻石图

仪表放大器钻石图工具的第二个窗口提供该放大器的内部视图，并显示详细的原理图（图3）。通过此视图可以看到技术细节和各自的内部电压。在需要检查设计中可能的错误时，这一点非常重要。另外还提供控制模式来评估所选参数并提供替代方案（图4）。

图3. 仪表放大器简化原理图

图4. 建议使用的仪表放大器

借助仪表放大器钻石图工具，ADI可以帮助您揭开钻石图的秘密。该工具提供简单的用户界面，24/7全天候在线可用，您可以随时选择和评估各种仪表放大器并设计更复杂的原理图。