Усилительный каскад на инструментальном усилителе для АЦП последовательного приближения на переключаемых конденсаторах

Инструментальные усилители очень часто используют для усиления низковольтных сигналов с датчиков для дальнейшего измерения с помощью АЦП. Инструментальные усилители, как правило, оптимизированы для получения низкого уровня шумов, минимального смещения и дрейфа. К сожалению, полоса пропускания многих инструментальных усилителей оказывается недостаточной для совместной работы с быстродействующими АЦП при использовании максимальной частоты дискретизации. В этой части цикла статей мы расскажем, каким образом следует выбирать частоту дискретизации для получения хорошей переходной характеристики. Стоит отметить, что многие инструментальные усилители оптимизированы для работы с высоковольтным питанием и могут использоваться для нормирования высоковольтных входных сигналов (например, с ±15 В до 5 В) перед их подачей на низковольтный вход АЦП. В рассматриваемой схеме для защиты входа АЦП от перенапряжений предлагается использовать диоды Шоттки и последовательный резистор. В статье рассматривается пример с мостовым датчиком, однако предлагаемая схема подойдет и для широкого спектра других дифференциальных датчиков. В следующей части будет рассмотрена модифицированная схема с дополнительным буферным усилителем, который позволяет достичь максимальной частоты дискретизации.

Рассматриваемая схема (см.рисунок) подходит для всех мостовых датчиков и модулей с аналоговыми входами, требующих прецизионного измерения и обработки сигналов.



Обратите внимание:

• выбирайте коэффициент усиления в соответствии с рекомендуемым диапазоном входных напряжений АЦП. При необходимости используйте референсный вход инструментального усилителя для смещения выходного сигнала. Подробнее об этом рассказывается в разделе «Расчет схемы»;
• диоды Шоттки необходимы для защиты входа АЦП от напряжений, выходящих за рамки диапазона допустимых входных напряжений. Хорошим выбором для данной схемы становится диодная сборка BAT54S, объединяющая сразу два диода Шоттки. Эти диоды отличаются низким током утечки и низким прямым падением напряжения. Подробнее об использовании диодов Шоттки рассказывается в разделе «Расчет схемы»;
• резистивный делитель и буферный усилитель необходимы для формирования сигнала смещения, подаваемого на референсный вход инструментального усилителя. Выбирайте для этой схемы прецизионные резисторы и усилитель с минимальным смещением. Более подробную информацию можно прочитать в документе «Selecting the right op amp»;
• проверьте, что усилитель работает с допустимым диапазоном синфазных напряжений. Для этого используйте утилиту Common-Mode Input Range Calculator for Instrumentation Amplifiers;
• для уменьшения искажений используйте керамические C0G-конденсаторы (CCM1, CCM2, CDIF, и Cfilt);
• для задания коэффициента усиления используйте прецизионные и стабильные пленочные резисторы 0,1% 20ppm/°C (резистор Rg). Дрейф сопротивления и погрешность резистора Rg напрямую определяют дрейф и погрешность усиления схемы;
• в учебных видео TI Precision Labs – ADCs рассказывается о выборе компонентов Cfilt и Rfilt применительно к операционным усилителям. Аналогичные рассуждения с небольшими изменениями справедливы и для инструментальных усилителей. Для получения подробной информации обратитесь к видео «Introduction to SAR ADC Front-End Component Selection».

Выбор компонентов и расчеты>>


Поваренная книга разработчика аналоговых схем: аналого-цифровые преобразователи, глава 11

Представляем перевод главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники. АЦП», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Многим уже знаком аналогичный цикл об операционных усилителях. Но АЦП – не менее важная часть сигнального тракта, а секретов и тонкостей в его применении никак не меньше. Приведены конкретные схемотехнические примеры, пошаговые инструкции с формулами, позволяющими адаптировать схему к конкретному проекту. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Для каждой схемы рекомендован как минимум один АЦП производства TI, однако разработчик может использовать и другие изделия компании. От читателя требуется понимание базовых принципов работы АЦП.

Мы продолжим публиковать на сайте compel.ru переводы глав этого цикла.
Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства.
Оформить подписку>>