CM和120dB CMRR儀表放大器- 準確度達0.02%的具125VCM和120dB CMRR儀表放大器

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當需要進行高準確度差分輸入測量時，可采用圖1所示的電路。它特別適合于有可能出現(xiàn)高共模電壓的換能器信號調(diào)理。該電路不僅具有斬波穩(wěn)定型放大器AI的低失調(diào)和漂移，還采用了一個新穎的光耦合、開關電容器輸入級，旨在實現(xiàn)傳統(tǒng)設計無法達到的規(guī)格指標。在±125V的輸入范圍內(nèi)，DC共模抑制超過了120dB，而且，增益準確度和穩(wěn)定性由AI來設定。來自所有信號源的誤差均在0．02％以內(nèi)。由于該設計具有高共模電壓承受能力，因此能夠可靠地提取小信號，并耐受工業(yè)環(huán)境中常見的瞬變和故障條件。

該電路通過對跨接在輸入端上的一個電容器進行開關操作(S1A、S1B)以測量輸入差分電壓(“采集”)。經(jīng)過一段時間之后，該電容器被充電至輸入端上的電壓。s1A和S1B開路，而S2A和S2B閉合(“讀取”)。這將把一個電容器極板接地，并且該電容器的存儲電荷將被放電至S2B上的IuF接地元件。該開關周期連續(xù)重復，從而導致以A1的地電位為基準的正輸入端承受輸入差分電壓。共模電壓通過未接地的1BF電容器的光開關操作來加以抑制。規(guī)定的LED驅(qū)動型MOSFET開關不具備接點電勢，且光驅(qū)動器未產(chǎn)生電荷注入誤差。一個非重疊時鐘用于防止S1和S2同時導通，這種同時導通將造成電荷漏失，進而引起誤差，并有可能導致電路受損。5．1V齊納二極管負責在輸入端承受差分過壓的情況下防止開關電容器發(fā)生故障。

斬波穩(wěn)定型放大器A1具有一個時鐘輸入。該時鐘由Q3來進行電平移位和緩沖，用于驅(qū)動一個邏輯分壓器鏈。第一個觸發(fā)器負責起動一個充電泵，把A1的V一引腳電壓拉至負值，從而允許放大器電壓擺動至0V以及0V以下。分壓器鏈終接至一個邏輯網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡用于提供0．02gF電容器的反相充電(圖2中的掃跡A和B)。對與這些電容器相關的選通進行了合適的配置，從而使得邏輯電路能夠為Q1和Q2提供非重疊的互補型偏置。這些晶體管為S1和S2提供了這種非重疊驅(qū)動，從而啟動LED(掃跡C和D)。

由于LED驅(qū)動型MOSFET開關中的寄生誤差項極小，因而可獲得接近理論值的電路性能。然而，S1A的高電壓開關操作對S2B的3pF至4pF結電容的。激勵作用將引發(fā)殘留誤．差(=0．1％)。這將導致少量的無用電荷被轉(zhuǎn)移至S2B上的1uF電容器。轉(zhuǎn)移電荷的數(shù)量將隨著輸入共模電壓的變化而改變，并會受到S2B的斷態(tài)電容的變?nèi)荻O管型響應的影響(關聯(lián)度較弱)。至A1負輸入端的DC前饋以及從Q1柵極至S2B的AC前饋使這些誤差項得以部分消除。這些校正措施把誤差改善了5倍，從而實現(xiàn)了0．02％的準確度。

光開關故障有可能使A1承受高電壓，從