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

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.

Разработчик может использовать и другие изделия, широкий выбор которых представлен на страницах каталога компании «КОМПЭЛ». От читателя требуется понимание базовых принципов работы АЦП. Авторы обещают обновлять и дополнять статьи цикла.

Специалисты «КОМПЭЛ» перевели и опубликовали очередную главу №12 из книги, созданной инженерами компании Texas Instruments (TI) "Усилительный каскад на буферном инструментальном усилителе для АЦП последовательного приближения на переключаемых конденсаторах":
Для работы с дифференциальными датчиками часто используют инструментальные усилители. Они необходимы для того чтобы усилить низковольтный дифференциальный сигнал, прежде чем подавать его на вход АЦП. Главными преимуществами инструментальных усилителей являются: низкое смещение и дрейф, а также минимальный шум. Вместе с тем инструментальные усилители, как правило, обладают относительно низкой нагрузочной способностью и не всегда способны перезаряжать входную емкость быстродействующих АЦП, особенно при использовании высокой частоты дискретизации. В этой статье данная проблема решается с помощью дополнительного широкополосного буфера (см.рисунок). Еще одним преимуществом инструментальных усилителей является их способность работы с высоковольтными входными сигналами до ±15 В. Это оказывается очень удобным для нормирования сигналов до диапазона 0…5 В перед подачей их на низковольтный вход АЦП. К сожалению, в процессе работы схемы могут возникать ситуации, когда выходное напряжение инструментального усилителя будет превышать допустимый входной диапазон буфера 0…5 В. Для защиты от таких перенапряжений могут использоваться встроенные ограничительные диоды ОУ, а для ограничения тока будет достаточно резистора, пример расчета которого приведен в данной статье.



Рассматриваемая схема подходит для работы не только с мостовыми датчиками, но и с другими типами дифференциальных сенсоров. Она используется в различных приложениях, например, в модулях аналоговых входов, электрокардиографах (ЭКГ), пульсометрах, лабораторном оборудовании и диагностических модулях для железнодорожного транспорта. Стоит отметить, что в предыдущей части уже рассматривалась аналогичная схема, однако в ней отсутствовал буфер.

Ознакомиться со статьей и ранее опубликованными главами>>