天津
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授權(quán)自：云深之無跡
這個(gè)應(yīng)用手冊在50多個(gè)儀表放大器的文檔中都有，說明是一個(gè)共性的問題，其次我也在做東西的過程中體會到了這一點(diǎn)，以及幾年前做東西失敗的原因。
這里展示了是典型的3運(yùn)放IA，前面綠色的地方就是共模電壓彌撒的地方，也就是說共模干擾是以這樣的方式進(jìn)到IA里面的，只是后面的減法器才把共模干擾抑制。
是吧？一模一樣
第一級構(gòu)成一個(gè)可放大差分信號的高輸入阻抗電路，但會通過共模信號而不進(jìn)行放大。
（詳細(xì)原理請看《運(yùn)放秘籍》視頻教程第二部：儀表放大器專項(xiàng)）
該設(shè)計(jì)的第二級通常是一個(gè)差分放大器，在很大程度上去除共模信號，同時(shí)使輸出參考特定的基準(zhǔn)電壓。
總結(jié)一下：
三運(yùn)放結(jié)：高輸入阻抗 + 差分放大
可精確放大差分信號并抑制共模信號
需設(shè)置參考電壓（Ref）決定輸出電平的參考點(diǎn)
這篇文章說的是應(yīng)用過程中：當(dāng)輸入端存在高直流電壓（如 3V）時(shí)，即使你只是想放大 100 mV 的交流信號，IA 仍會把 3V × 增益 放大，導(dǎo)致輸出飽和。
假設(shè) IA 具有 100 Hz 正弦波，在存在 5V 共模電壓和 3V 直流電壓的情況下，波幅為 100 mV。
所需輸出為±1V 信號。在這些工作狀態(tài)下時(shí)，儀表放大器必須配置 10V/V 的增益。
看到綠色的部分都滿了
雖然 IA 會抑制 5V 共模電壓，但 3V 直流電壓會與 VDiff 曲線所示的輸入差分電壓求和。增益為 10V/V 時(shí)，輸出信號對正電源軌飽和。盡管要放大的所需信號是 100 mV/100 Hz 正弦波，但 3V 直流電壓阻止儀表放大器輸出僅表示放大的交流信號。
大家會下意識的接個(gè)電容做耦合但是沒有為偏置電流提供返回路徑，結(jié)果是電容不斷被充電，最終導(dǎo)致輸出飽和，IA 工作異常。
讓我來分開說說：
很多實(shí)際信號是微弱的交流信號（如：EEG、ECG、生物傳感、加速度、聲音等），但是信號上可能會疊加一個(gè)比較大的直流分量（比如傳感器電源引入的偏置電壓）。
輸入信號 = 直流偏置 + 微弱交流信號
如果這個(gè)直流成分太大，儀表放大器在乘以增益后，很容易輸出電壓飽和（即輸出夾在電源軌附近），這會導(dǎo)致交流信號無法正確放大、甚至完全丟失。
在 IA 輸入端串聯(lián)電容器（見圖），形成一個(gè)高通濾波器，只允許交流成分通過，濾掉直流偏置。
這個(gè)高通濾波器由：
輸入串聯(lián)電容 C
以及后接對地電阻 R（提供偏置電流路徑） 共同構(gòu)成，其截止頻率為：
這個(gè)截止頻率需選得足夠低，以保留你感興趣的信號頻率。
去掉討厭的DC電壓以后會更加的性能好。
但是問題就出在這里：如果只加電容，而沒有提供輸入偏置電流的返回路徑（電阻），儀表放大器會工作異常，輸出飽和（電容被輸入偏置電流充電）。
很多人認(rèn)為“加上電容就能隔離直流”，確實(shí)沒錯(cuò)，但問題是——儀表放大器的輸入級運(yùn)放需要一個(gè)小的偏置電流（Ib）才能正常工作。
如果你在輸入端只加了一個(gè)電容，而電容另一端又懸空或沒有到地的直流路徑，電流無法流動！
電容會被充電：
輸入Ib沒有地方去，只能“被迫”充入串聯(lián)的電容中；
隨著時(shí)間推移，電容電壓不斷升高；
最終，輸入端的電平變得非常高或非常低；
IA輸出電壓被“推”到電源軌，造成輸出飽和或漂移，甚至失效。
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IN+ 電平會慢慢上升或下降；輸出 Vout 也隨之漂移，最終飽和。
可以把這個(gè)電容理解成一個(gè)“桶”，而輸入偏置電流是“水龍頭”在滴水。如果桶底沒有洞（即沒有到地的通路），那水遲早會把桶灌滿——這時(shí)就“溢出”了，對應(yīng)于電路中：輸出電壓被推向飽和。
為每個(gè)輸入加一個(gè)“泄水口” —— 一個(gè)偏置電阻，通常接地或者接偏置電壓（如 1/2 Vcc）。
我們可以簡單的給出一些計(jì)算公式
一般根據(jù)電源軌的不同，給出兩個(gè)解法
單電源 +15V，輸入偏置電阻接 Vbias = 7.5V，Vref 也接 7.5V
模擬“中點(diǎn)”，讓IA能有對稱的動態(tài)范圍。
Vbias 是輸入信號路徑的直流偏置電壓，提供一個(gè)參考電平，使得 AC 耦合后的信號可以“懸浮”在一個(gè)中間電位而不是接地。
把交流信號比作一艘浮在水上的船。
如果沒有水（即偏置），船（信號）就“擱淺”了。
Vbias 就是那片“水”，讓船可以自由地浮動并波動。
和Vref的作用是不一樣的
Vbias 必須能灌/拉電流，因此不能用普通的 LDO 穩(wěn)壓器（只能輸出電流）
LDO（線性穩(wěn)壓器）只能“拉電流”（只能提供電流給負(fù)載，不能吸收）。
電阻的典型范圍：100 kΩ ～ 1 MΩ
電阻太小會拉低輸入阻抗；會給信號源造成負(fù)載效應(yīng)（降低測量精度）；與前級信號源阻抗形成分壓效應(yīng)。
偏置電流
誤差項(xiàng)，里面的子項(xiàng)都會影響結(jié)果
太難了
這也就是為什么老看見1M電阻的原因
若對失調(diào)誤差極度敏感，可考慮加第三個(gè)電阻并通過誤差對消降低誤差。
授權(quán)自：云深之無跡
最后在總結(jié)一下
TI的儀表放大器的型號很多，其實(shí)是不好選擇的
如果你看不懂這篇文章，證明你的基礎(chǔ)不勞。
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