低功耗、高精度的理想之选：AD8293G80/AD8293G160仪表放大器

在电子工程师的日常设计工作中，选择一款合适的仪表放大器至关重要，它直接影响到整个系统的性能和稳定性。今天就来介绍一款Analog Devices公司推出的AD8293G80/AD8293G160仪表放大器，看看它有哪些亮点能在众多产品中脱颖而出。

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产品特性与优势

小封装与低元件数

AD8293G80/AD8293G160采用8引脚SOT - 23小封装，能有效节省电路板空间，对于对空间要求苛刻的设计是绝佳选择。同时，它内部集成了增益电阻和滤波电阻，大幅减少了外部辅助元件数量。例如，实现一个2极点滤波器仅需两个外部电容，这不仅简化了设计，还降低了成本，提高了系统的可靠性。

高精度性能

1. 低失调电压与失调漂移：最大失调电压仅20μV，最大失调电压漂移为0.3μV/°C，能在不同环境温度下保证输出的准确性，减少误差来源，适用于对精度要求极高的应用场景。
2. 低增益漂移：最大增益漂移为25ppm/°C，确保在温度变化时增益的稳定性，使系统性能更加可靠。
3. 高共模抑制比：典型共模抑制比可达140dB，能有效抑制共模信号干扰，提高信号的质量和纯度。
4. 低噪声：在0.01Hz至10Hz频率范围内，电压噪声仅0.7μV p - p，为微弱信号的放大提供了良好的环境，避免噪声对信号的干扰。

宽电源范围与轨到轨输出

支持1.8V至5.5V的单电源供电，适应多种电源环境。轨到轨输出功能使得输出信号能够充分利用电源电压范围，提高了系统的动态范围和信号处理能力。

两种固定增益可选

提供AD8293G80（增益80）和AD8293G160（增益160）两种固定增益型号，方便工程师根据具体应用需求进行选择，无需额外设置增益电阻，简化了设计流程。

工作原理剖析

电流模式校正拓扑

AD8293G80/AD8293G160是基于精密电流模式校正的仪表放大器，采用电压 - 电流放大器和电流 - 电压放大器组合的电路结构。当施加差分输入电压时，会在外部电阻R1上产生电流，将输入电压转换为信号电流，再通过晶体管将信号电流传输到运算放大器A1的反相输入端，最后由A1和外部电阻R2将电流转换为轨到轨输出电压。

高精度自动归零放大器

运算放大器A1采用高精度自动归零技术，能有效校正内部失调误差，同时保持了自动校正电流模式放大器拓扑的高性能，为用户提供真正的电压输入 - 电压输出的仪表放大功能。

出色的共模抑制和电源抑制

其自动校正架构能持续校正失调误差，包括输入或电源电压变化引起的失调误差，从而在整个工作温度范围（ - 40°C至 + 85°C）内实现卓越的共模抑制比（CMR）和电源抑制比（PSR）性能。而且与R2串联的寄生电阻不会降低CMR，仅会引起小的增益误差和极小的失调误差，无需外部缓冲放大器来驱动VREF，降低了系统成本。

1/f噪声校正

1/f噪声（闪烁噪声）是半导体器件固有的噪声，在低频或直流应用中会导致较大误差。AD8293G80/AD8293G160的自动校正拓扑能有效减少这种噪声，使其在直流附近的噪声低于标准低噪声仪表放大器。

应用信息与设计要点

输出与滤波设计

该放大器有OUT（引脚6）和ADC OUT（引脚4）两个输出端。ADC OUT端包含一个5kΩ的串联电阻，与外部电容C3可组成二阶滤波器，用作ADC抗混叠滤波器，相比直接从OUT端获取信号，使用抗混叠滤波器时ADC OUT端的开关纹波会稍小。

输出滤波可采用两级滤波器来设置滤波频率。主滤波器由R2和C2组成，用于限制输出端的开关噪声，R2值因型号而异（AD8293G80为160kΩ，AD8293G160为320kΩ）。通过公式(C2 = 1 / (700 × 2 × π × R2))可计算出设置700Hz主滤波器所需的C2值。辅助滤波器由内部5kΩ电阻R3和外部电容C3组成，通过公式(C3 = 1 / (700 × 2 × π × 5kΩ))计算C3值，两个滤波器结合可实现500Hz的带宽。对于低带宽（<10Hz）应用，仅需主滤波器即可。

参考连接

与传统的3运放仪表放大器不同，AD8293G80/AD8293G160的REF（引脚3）串联的寄生电阻不会降低CMR性能，无需外部缓冲放大器驱动REF引脚，节省了电路板空间和系统成本。在单电源应用中，为获得最佳性能，可使用低噪声精密电压参考（如ADR44x）设置REF；为降低成本，也可使用简单的电阻分压器设置参考电压，但电阻值偏差可能会导致输出失调性能下降。在双电源应用中，VREF可直接连接到GND。

时钟馈通与电源旁路

该放大器使用两个同步时钟进行自动校正，在OUT引脚可观察到微量时钟频率信号，其可见校正馈通量取决于R2/C2设置的滤波器值。可通过ADC OUT端的R3/C3滤波器进一步减少校正馈通。

由于使用内部生成的时钟信号进行自动校正，因此需要进行适当的电源旁路以获得最佳性能。在电源线上应连接一个0.1μF的表面贴装电容，以减少IC内部校正时钟产生的纹波。双电源工作时，每个电源引脚到GND都应连接一个0.1μF的陶瓷表面贴装电容；单电源工作时，从电源线到GND连接一个0.1μF的表面贴装电容。所有旁路电容应尽量靠近器件电源引脚，最好放置在器件正下方的电路板背面。

输入过压保护

AD8293G80/AD8293G160的所有引脚都具有ESD保护功能。当存在超过电源电压的直流过载电压时，大电流会直接通过ESD保护二极管。为避免这种情况，可在输入端串联一个外部电阻来限制电流，电阻值可通过公式(R{EXT} = (V{IN} - V_{S}) / 5mA)计算。

应用场景广泛

电流检测

凭借其高精度和低噪声特性，能够准确检测微小电流变化，为系统提供精确的电流信息，适用于电池管理、电源监测等领域。

应变计测量

应变计输出的信号通常非常微弱，需要高精度的放大器进行放大。AD8293G80/AD8293G160的低失调电压和高共模抑制比能有效提取应变计信号，广泛应用于工业称重、结构健康监测等领域。

激光二极管控制环路

在激光二极管控制系统中，需要精确控制二极管的电流和功率。该放大器的高精度和稳定性能够满足激光二极管控制的要求，确保激光输出的稳定性和一致性。

便携式医疗仪器

对于对尺寸、功耗和精度都有严格要求的便携式医疗仪器，如血糖仪、血压计等，AD8293G80/AD8293G160的小封装、低功耗和高精度特性使其成为理想选择。

热电偶放大器

热电偶输出的热电势信号微弱且易受干扰，该放大器的高共模抑制比和低噪声性能能够有效放大和处理热电偶信号，准确测量温度变化。

总结

总的来说，AD8293G80/AD8293G160仪表放大器以其小封装、高精度、低噪声、宽电源范围等优势，在众多应用场景中展现出了卓越的性能。其独特的工作原理和丰富的应用信息为电子工程师提供了便利和保障，无论是在设计高精度测量系统还是便携式设备时，都是一个值得考虑的选择。你在实际设计中是否使用过类似的仪表放大器呢？遇到过哪些问题和挑战？欢迎在评论区分享交流。