低成本零漂移仪表放大器AD8293G80/AD8293G160：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，对于高精度、低成本的仪表放大器需求一直存在。今天我们就来深入探讨一款由Analog Devices推出的AD8293G80/AD8293G160仪表放大器，看看它在实际应用中能为我们带来哪些优势。

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产品概述

AD8293G80/AD8293G160是一款小型、低成本、高精度的仪表放大器，具有低噪声和轨到轨输出的特点。它有两种固定增益型号可供选择，分别为80和160，并且集成了增益设置电阻和滤波电阻，有效减少了外围辅助元件的数量。

产品特性

封装与元件数量

采用8引脚SOT - 23小型封装，这种紧凑的设计对于空间有限的应用场景非常友好。同时，由于集成了增益电阻和滤波电阻，大大减少了外部元件的使用，降低了设计复杂度和成本。

电气性能

• 低失调电压和低失调漂移：最大失调电压仅为20μV，最大失调漂移为0.3μV/°C，这使得放大器在不同温度环境下都能保持高精度的输出。
• 低增益漂移：最大增益漂移为25ppm/°C，确保了增益在温度变化时的稳定性。
• 高共模抑制比（CMR）：典型值达到140dB，能够有效抑制共模信号的干扰，提高信号的质量。
• 低噪声：在0.01Hz到10Hz的频率范围内，电压噪声仅为0.7μV p - p，适合对噪声要求较高的应用。

电源与输出特性

• 单电源供电：工作电压范围为1.8V到5.5V，支持单电源操作，方便在不同的电源系统中使用。
• 轨到轨输出：输出电压能够接近电源电压的上下限，提供了更大的输出动态范围。

应用领域

AD8293G80/AD8293G160的出色性能使其在多个领域都有广泛的应用：

• 电流传感：低失调电压和高CMR能够准确测量电流信号，减少测量误差。
• 应变计：高精度和低噪声特性可以有效检测应变计的微小信号变化。
• 激光二极管控制回路：稳定的增益和输出特性有助于精确控制激光二极管的工作状态。
• 便携式医疗仪器：小型封装和低功耗满足了便携式设备的需求，同时高精度和低噪声保证了测量的准确性。
• 热电偶放大器：能够对热电偶输出的微弱信号进行有效放大和处理。

工作原理

AD8293G80/AD8293G160采用了精密的电流模式校正拓扑结构，由电压 - 电流放大器和电流 - 电压放大器组成。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。晶体管将信号电流传输到运算放大器A1的反相输入端，经过A1和外部电阻R2的转换，最终在输出端得到轨到轨的输出电压。

其中，运算放大器A1是高精度自动归零放大器，能够内部校正失调误差，同时保持了自动校正电流模式放大器拓扑的性能。外部参考电压用于设置输出参考电平，外部电容C2用于滤除校正噪声。

设计要点

参考连接

与传统的三运放仪表放大器不同，AD8293G80/AD8293G160的REF引脚串联寄生电阻不会降低CMR性能。在单电源应用中，为了获得最佳性能，建议使用低噪声精密电压参考源（如ADR44x）设置REF引脚；如果考虑成本，也可以使用简单的电阻分压器。在双电源应用中，VREF可以直接连接到GND。

输出滤波

为了减少开关纹波，可以对输出进行滤波。该放大器有两个滤波器可以协同使用来设置滤波频率。主滤波器由内部电阻R2和外部电容C2组成，用于限制输出端的开关噪声。根据不同的增益型号，R2的值有所不同（AD8293G80为160kΩ，AD8293G160为320kΩ）。通过选择合适的C2值，可以设置主滤波器的频率。

此外，通过在ADC OUT引脚连接外部电容C3，与内部的5kΩ电阻R3形成低通滤波器（即次级滤波器），可以进一步减少校正纹波。对于带宽大于10Hz的应用，需要同时使用这两个滤波器来获得500Hz的总带宽。

时钟馈通

AD8293G80/AD8293G160使用两个同步时钟进行自动校正，在OUT引脚可能会观察到微量的时钟频率信号。通过使用ADC OUT引脚和R3/C3滤波器，可以进一步减少校正馈通。

电源旁路

由于放大器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。在电源线上连接一个0.1μF的表面贴装电容，以最小化IC内部校正时钟产生的纹波。对于双电源操作，每个电源引脚都应连接一个0.1μF的陶瓷表面贴装电容到GND；对于单电源操作，应将0.1μF的表面贴装电容连接在电源线和GND之间。旁路电容应尽可能靠近器件的电源引脚放置。

输入过压保护

AD8293G80/AD8293G160的所有引脚都具有ESD保护。在直流过载电压超过电源电压的情况下，为了限制电流，应在输入端串联一个外部电阻。该电阻的选择可以根据公式(R{EXT}=(V{IN}-V_{S})/5mA)进行计算。

总结

AD8293G80/AD8293G160以其小型封装、低噪声、高精度和高CMR等优点，为电子工程师在设计各种应用电路时提供了一个优秀的选择。在实际设计过程中，我们需要根据具体的应用需求，合理设置参考电压、进行输出滤波、处理时钟馈通、做好电源旁路和输入过压保护等工作，以充分发挥该放大器的性能。大家在使用这款放大器的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。