仪表放大器的高性能加法器设计

随着仪表放大器价格的逐步下滑，它们可以为传统上采用运算放大器的应用提供更高的性能。图1中的运放加法器有一些缺点。首先，输入端为中低输入阻抗，这是由每个信号的输入电阻所决定的。当驱动信号源阻抗较大，或需要设计低阻驱动源时，这种结构会产生增益误差。另外，电路也没有共模抑制能力，因此输入端必须是单端的。最大增益的通道限制了整个系统的性能。一个通道的较高增益会产生较低带宽、较大失真，并增加系统所有通道上的噪声。为限制这些作用，即使低性能的加法器也需要高性能、大带宽的运放。

图1，一种采用单运放的典型加法器结构。

这款运放加法器的噪声增益为1+10,000/(10||10,000)。最高增益的输入信号以及10Ω阻抗决定了噪声增益，但所有的输入缓冲器都增加了偏移电压、增益误差、噪声与失真。你可以用仪表放大器增加输入阻抗，提高共模抑制能力。一只仪表放大器的输出电压与正、负输入端之间的压差成正比。在RG脚连接一只电阻RGAIN，就可将此信号放大(图2)。输出电压产生于参考脚与输出脚之间。这种结构可以用参考脚将一个加法器结构中的多个信号级联起来。每个仪表放大器的增益可以设定为不同值。

图2，两只仪表放大器为该加法器电路提供了更多的输入阻抗。

图3，在高于300 Hz频率下，仪表放大器结构表现出更强的THD+N性能。

本系统比简单的运放加法器有多个优点。例如，每个输入端都有极高的输入阻抗，并有独立的共模抑制能力，它由连接到该通道上的仪表运放所决定。通道增益越高，则共模抑制越大，得到的误差越小。还可以使用仪表放大器的反相与非反相端，方便地加减信号;如果愿意，该放大器也可以使用差分输入信号。此外，每个信号的失真、噪声增益和带宽都与其它信号无关，从而有较低的偏移电压、增益误差、噪声和失真。图3的THD+N(总谐波失真加噪声)图表明，仪表放大器加法器的失真为运放加法器的五分之一，哪怕所用仪表放大器的带宽为1MHZ，并工作在1mA，而运放带宽为8 MHz，工作在4.5mA。