ZHCAD68 September 2023 INA823 , OPA2387 , XTR115 , XTR116
2.2 2A INA
該設(shè)計(jì)選擇分立式 2A INA 來(lái)放大電橋產(chǎn)生的差分電壓。之所以選擇分立式解決方案而不是集成式 INA，是因?yàn)樾枰獙捲鲆娣秶土闫萍夹g(shù)，以便在溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度。電路配置和傳遞函數(shù)分別如圖 2-4 和方程式 4 所示。
圖 2-4 分立式 2A INA 配置稱(chēng)重傳感器實(shí)驗(yàn)顯示 VDIFF 的變化大概為 95μV/lb。因此，需要一個(gè)增益級(jí)將輸出電壓增加到適當(dāng)?shù)姆秶?，以饋?4-20mA 變送器。2A INA 的增益計(jì)算公式如下。所需的 INA 輸出電壓在 0 磅時(shí)為 0.5V，在 20 磅時(shí)為 4.5V。
所需增益用于計(jì)算 2A INA 的電阻值。R1 和 R2 設(shè)置為 100kΩ，R3 和 R4 設(shè)置為 10kΩ。
選擇用于電橋檢測(cè)的放大器時(shí)，直流精度和噪聲是關(guān)鍵考慮因素。低輸入失調(diào)電壓、漂移和輸入偏置電流對(duì)于實(shí)現(xiàn)高精度輸出至關(guān)重要。1/f 噪聲低的放大器非常重要，因?yàn)闃蚴絺鞲衅魍ǔＳ糜诘托盘?hào)頻率。對(duì)于 2A INA，該設(shè)計(jì)選擇 OPA2387（請(qǐng)參閱零漂移放大器：特性和優(yōu)勢(shì) 應(yīng)用簡(jiǎn)介）。表 2-1 總結(jié)了橋式放大器級(jí)的主要規(guī)格，并推薦了為此應(yīng)用而設(shè)計(jì)的其他精密放大器。
| 器件 | OPAx387 | OPAx333 | OPAx186 |
|---|---|---|---|
| (V) | 1.7 至 5.5 | 1.8 至 5.5 | 4.5 至 24 |
| Vos（最大值，μV） | 2 | 10 | 5 |
| Vos 漂移（典型值，nV/°C） | 3 | 20 | 1 |
| 輸入偏置電流（典型值，pA） | 30 | 70 | 100 |
| 噪聲（0.1Hz 至 10Hz，nV/√Hz） | 27 | 170 | 125 |
| 每通道 Iq（典型值，μA） | 570 | 17 | 90 |
當(dāng)稱(chēng)重傳感器上未施加重量時(shí)，2A INA 的輸出電壓約為 0.345V。因此，采用了 0.155V 基準(zhǔn)電壓將 0 磅時(shí)的輸出電壓升壓至 0.5V。TI 的模擬工程師計(jì)算器 可用于計(jì)算提供盡可能低的基準(zhǔn)電壓誤差的標(biāo)準(zhǔn)電阻值。
INA 的基準(zhǔn)電壓（即 VREF INA）由 4.096V XTR 基準(zhǔn)與本地接地端之間的分壓器進(jìn)行設(shè)置，其中的串聯(lián)電阻必須在數(shù)十 kΩ 范圍內(nèi)，以便限制電流消耗。為防止輸入電阻 R1 造成的壓降，VREF INA 必須由低阻抗源驅(qū)動(dòng)。選擇 TLV333 來(lái)緩沖基準(zhǔn)電壓的原因是其功耗低，直流精度高。