Усилитель с малым количеством компонентов имеет автоматическую подстройку нуля и вполовину меньший уровень шумов

Уникальная архитектура инструментального усилителя AD8553 компании Analog Devices, Inc. позволяет использовать параллельное включение микросхем для снижения величины шума.

Инструментальный усилитель с автоматической подстройкой нуля AD8553 компании Analog Devices, Inc. имеет уникальную архитектуру, в которой два резистора, определяющие коэффициент усиления, совершенно автономны. Первым каскадом микросхемы служит точный преобразователь напряжение-ток, в котором первый резистор, R1, устанавливает коэффициент трансформации. Оконечным каскадом микросхемы является точный преобразователь ток-напряжение, в котором резистор обратной связи, R2, совместно с первым резистором устанавливает общий коэффициент усиления по напряжению G=2(R2/R1). Вы можете использовать факт автономности двух резисторов установки величины усиления, и тот факт, что входной каскад микросхемы является источником тока, управляемым напряжением для уменьшения числа используемых в усилителе компонентов в условиях очень жестких требований к величине шума.

 

Можно использовать большее количество усилителей для снижения уровня шума двумя способами. Первый заключается в том, что источники теплового шума в усилителях взаимонезависимы. Следовательно, их шум имеет нормальное распределение. При параллельном соединении выходов классического усилителя напряжения, вы можете уменьшить шум на коэффициент 1/vN где N- количество усилителей, при количестве резисторов 3*N. Внутренняя структура AD8553 позволяет вам использовать всего N+1 резистор при практически неограниченном числе работающих параллельно микросхем. При параллельном включении соответствующих входов большого числа микросхем, встроенные источники тока управляемые напряжением легко работают в этом режиме (рис. 1). Несовпадение смещения входного напряжения микровольтового диапазона параллельно включенных микросхем, в данном случае, является несущественным, так как выходное сопротивление преобразователя напряжения в ток теоретически бесконечно.

Результатом параллельного включения N-входных каскадов является величина выходного тока N(V_INP–V_INN)/(2R₁), что в N раз больше чем у одной микросхемы. Вы используете только один каскад преобразования тока в напряжение для всех N-микросхем. Резистор обратной связи этого каскада должен иметь номинал R₂/N, где R₂ это номинал необходимый для получения заданного коэффициента усиления A_V для одной микросхемы. Так как основным источником шума в усилительных микросхемах является их входной каскад, мы можем принять, что стандартная девиация шумовой составляющей выходного тока параллельно включенных N преобразователей напряжения в ток составляет _NI=_Ix, где _I - стандартная девиация шумовой составляющей выходного тока преобразователя напряжения в ток. Этот результат отличается от полученного в ссылке 2, в которой автор выполнил уменьшение шума с помощью усреднения напряжений. С другой стороны, полезная составляющая тока общего выхода преобразователей напряжения на рис. 1 имеет в N раз большую величину, чем для одной микросхемы. Следующее выражение служит для вычисления RSNR (относительного отношения сигнал-шум), которое характеризует отношение полезного сигнала к стандартной девиации выходного шума: RSNR_N=(NxI)/(_IxvN)=vNxRSNR₁. Из этого выражения следует, что шум всей схемы уменьшается в 1/vN раз, по сравнению с шумом одной микросхемы.