设计说明

仪表放大器针对低噪声、低失调电压、低漂移、高 CMRR 和高精度进行了优化。INA828 仪表放大器可在 ±10V 范围内进行差分至单端转换。INA828 具有出色的直流性能（即失调电压、漂移）以及良好的带宽。ADS8568 非常适合与 INA828 配合使用，因为该 ADC 可配置为 ±10V 单端输入。为了实现更佳的稳定特性，应将采样速率限制在 200kSPS 或更低。对于更高的采样速率，请参阅采用缓冲式仪表放大器驱动高电压 SAR ADC。此外，该设计示例使用单位增益 (G=1) 将 ±10V 差分输入信号转换为 ±10V 单端输出。对于更小的输入信号或更高的增益，请参阅采用高增益仪表放大器驱动 ADC 的电路。该电路实施适用于需要精密信号处理和数据转换的工业运输 和模拟输入模块。

规格

设计说明

1. 仪表放大器的带宽通常不足以以较高的数据速率驱动 SAR 数据转换器。在该示例中，采样速率从 510kSPS 降至 200kSPS，以实现良好的稳定特性。对于最大采样速率，请参阅采用缓冲式仪表放大器驱动高电压 SAR ADC。
2. 使用仪表放大器的共模输入范围计算器 软件工具检查仪表放大器的共模和输出范围。
3. 为 C_filt 使用 COG 型电容器，以便更大程度地减少失真。
4. 高精度实验室 视频系列介绍了选择电荷桶电路 C_flt 和 R_flt 的方法。请参阅 SAR ADC 前端元件选择简介，了解有关此主题的详细信息。

元件选型

1. ADS8568 可以接受 ±10V 单端输入信号。INA828 用于将 ±10V 差分信号转换为 ±10V 单端信号。因此，在该示例中 INA828 具有单位增益，不需要外部增益设置电阻器 R_g。如果输入信号范围较小，从而需要增益，请参阅采用高增益仪表放大器驱动 ADC 的电路。
2. INA826 基准电压 (V_ref) 输入用于更改非对称输入范围，以匹配 ADC 的输入范围。在这种情况下，输入范围是对称的，因此 V_ref 引脚接地 (V_ref = 0V)。有关使用 V_ref 引脚调节非对称输入信号的示例，请参阅采用高增益仪表放大器驱动 ADC 的电路。
3. 使用仪表放大器的共模输入范围计算器 确定 INA828 是否超出共模范围。下图中的共模计算器指示对于 0V 共模输入，输出摆幅为 ±14.9V。
   
4. 使用 TINA SPICE 和 SAR ADC 前端元件选择简介 中所述的方法确定 C_filt 和 R_filt 的值。本文档中所示的 R_filt 和 C_filt 值适用于这些电路；不过，如果您使用其他放大器，则必须使用 TINA SPICE 来确定新值。

直流传输特性

下图展示了 –14.9V 至 +14.9V 差分输入的线性输出响应。ADC 的输入范围是 ±10V，因此放大器的线性度远远超出所需的范围。有关该主题的详细理论信息，请参阅使用仪表放大器确定 SAR ADC 的线性范围。该 ADC 的满量程范围 (FSR) 处于仪表放大器的线性范围内。

交流传输特性

该电路的带宽被仿真为 446.75kHz，增益为 0dB。

瞬态 ADC 输入稳定仿真 (200kSPS)

以下仿真显示了使用 INA828 和 ADS8568 稳定至 10V 直流输入信号的情况。该类型的仿真表明已正确选择采样保持反冲电路，使其在 ADS8568 上的采样速率为 200kSPS 时处于 ½ LSB (152µV) 范围内。请观看 ADC 前端元件选择 视频系列，了解有关该主题的详细理论。

噪声

该部分介绍如何使用简化的噪声计算方法进行粗略估算。带宽估算来自 TINA 仿真，噪声密度值来自 INA828 50μV 失调电压、7nV/√Hz 噪声、低功耗、精密仪表放大器 数据表。由于滤波器是二阶的（INA 和输出滤波器都具有一个极点），因此使用了 Kn 因数 1.22。

请注意，仿真值与计算值相接近，但不完全相同（仿真值 = 86.6µV，计算值 = 103µV）。之所以存在差异，是因为 INA 具有增益峰值并且滤波器阶数近似为二，但实际上 INA 和滤波器极点并不完全对齐。

设计中采用的器件

主要文件链接

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