削波器漂移補償可編程增益放大器

特定醫學(xué)和科學(xué)儀器應用需要放大和測量微伏級信號。例如， 精確測量基于熱電偶的微熱量計輸出，就需要一個(gè)達到很高增益并表現出優(yōu)異熱穩定性和低噪聲的放大器。

　　圖1示出了兩個(gè)放大器的組合如何產(chǎn)生一個(gè)可編程增益放大器，它提供160~10240 的可選增益。該電路還提供5mV典型偏移電壓、20 nV/℃偏移漂移、0.1Hz時(shí)9 nV等效輸入噪聲電壓。IC₁是Cirrus Logic CS3301低壓、差分輸入、差分輸出、削波器漂移補償可編程增益放大器，充當輸入放大級，并驅動(dòng)IC₂，即電壓較高的INA114儀表放大器輸出級。CS3301提供1 ~ 64范圍的7種可編程增益，而INA114 提供固定增益160。這種組合實(shí)現了160 ~ 10240的增益。熱電偶產(chǎn)生1mV信號，從INA114產(chǎn)生10.24V輸出。要選擇其它增益值，可改變INA114的增益設置電阻器R₃的值。

　　外部DIP開(kāi)關(guān)和上拉電阻器連到 3.3V電源（未顯示），編程了CS3301的增益控制腳和多路轉換器控制引腳。一個(gè)能驅動(dòng)3.3V邏輯電路的微控制器也能控制這些控制輸入端。連接CS3301的輸出端和INA114的輸入端、一個(gè)由R₁、R₂、IC₁的輸出電阻器組成的 RC 低通濾波器以及C₁，就能限制高于500Hz的噪聲。

　　圖2示出了這些組合式放大器在增益10000的輸入參考噪聲性能測量值。這個(gè)放大器串聯(lián)組合的1/f噪聲轉角在0.08Hz，在0.1Hz時(shí)的等效輸入噪聲電壓約為9nV。噪聲與頻率關(guān)系曲線(xiàn)表示了18小時(shí)期間200多萬(wàn)個(gè)輸出樣本的FFT處理結果。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，原理圖未顯示電源和旁路電容器。由于該電路的放大系數極大，因此使用的構造技巧應使元件放置保持熱平衡，印刷電路跡線(xiàn)長(cháng)度保持電平衡。