差分运放和仪表放大器应用科普贴
——模拟小信号前端处理探索
作者 Wolfe Yu
前言
围绕如何处理小信号前端这一话题,近期引起了一波讨论热潮。世健的FAE Wolfe Yu就小信号前端、确定测量范围、抑制噪声、提高信噪比等问题进行了介绍和分析。
运算放大器结构探秘
部分工程师强调理想运放的增益无穷大,分析运放,首先注意虚断和虚短,忽略了共模抑制比、失调电压、偏置电流等一些较为重要的概念。
一、运放输入模型
按照运放模型,比较全面的梳理出运放的基本模型:就是差模信号和共模信号的叠加。
理想运放开环增益无穷大,实际略小,大部分在100dB(100000)倍左右,按这个增益,要让输出变化3V,同相反相输入端只需30uV的压差即可,如果加上纹波、噪声等干扰信号,同相反相端基本上无变化。引入反馈,做闭环,同相反相端的电压差忽略不计。
三、差模输入和共模输入
四、输入电压范围(Vin或Vcm)
运算放大器输入范围比较复杂,理论上来讲,同相端和反相端模拟输入在电源的正轨到负轨之间都能满足,运放的上下管大致对称,大部分时间,取运放的共模输入电压Vcm为1/2 Vdd。这样,运放主要工作在线性区。
五、小信号检测方法
运算放大器用来做电流小信号采集时,往往会面临信号该如何采集、是采用高边电流检测还是采用低边电流检测的问题。
差分放大器介绍
由于传感器信号主要是通过施加电压差做为输出,信号的差值电压很小,而且会产生布局布线引起的EMI和共模干扰、温度漂移等问题。把运放的同相端和反相端当做车厢,只要传感器信号给定在这中间,相对的干扰就会小很多。传感器的信号存在压差,避免运放异常饱和,引入差分放大器。
基于成本考虑,行业之内,大部分设计还会采用普通运放,基于减法器的模型,搭建一个差动放大器。