在之前的文章（《了解共模抑制和儀表放大器》）中我們簡單描述了三運(yùn)放儀表放大器(INA) 的內(nèi)部工作原理，我們找到了造成總CMR 誤差的主要原因。如果看一下相同器件的共模范圍，您就會(huì)發(fā)現(xiàn)事情并沒有那么簡單。在INA 所有的性能特性中，最令人費(fèi)解的特性就是共模范圍要求。那么，設(shè)計(jì)人員該如何計(jì)算儀表放大器的共模范圍呢？下面來看一下INA 的輸入/增益過載條件。
當(dāng)談及儀表放大器的共模范圍時(shí)，輸入/增益過載條件會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的問題。要知道當(dāng)輸入信號(hào)超過INA 的輸入范圍時(shí)輸入/增益過載并非是必備的條件。圖1中的INA 有三個(gè)基本的節(jié)點(diǎn)，這三個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)引起輸入/增益過載問題。需要引起注意的臨界電壓電平位于儀表放大器(VIN+ 和VIN-)輸入引腳、A1 和A2 (VO-A1 與VO-A2) 輸出電平以及A3 (VOUT) 輸出擺幅。工作時(shí)謹(jǐn)記這三個(gè)概念您就會(huì)發(fā)現(xiàn)進(jìn)入INA 的輸入信號(hào)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤的輸出信號(hào)，但不會(huì)超出器件正常的輸出范圍。
圖1三運(yùn)放儀表放大器
需要注意的第一個(gè)條件是施加到儀表放大器的輸入電壓（VIN+ 與VIN）（請(qǐng)參見圖1）。該電壓等于共模輸入電壓加上或減去差動(dòng)輸入信號(hào)。A1 和A2 的輸入級(jí)會(huì)限制這兩個(gè)輸入電壓的范圍。最大和最小輸入電壓極限值因器件不同而不同，因此需要查詢產(chǎn)品說明書以獲得最準(zhǔn)確的信息并注意您的電源電壓。
第二、VIN+ 和VIN- 輸入電壓和A1 及A2 增益的組合會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部輸出電壓上升或下降。請(qǐng)注意，A1 和A2 級(jí)不具有輸入共模電壓(VCM)。如果A1 和/或A2 的輸出電壓(VO-A1 和/或VO-A2)超出了內(nèi)部輸出擺幅限制，就會(huì)出現(xiàn)輸入/增益過載條件。我們可以直接對(duì)該條件進(jìn)行測量，但您需要知道VO-A1 和VO-A2的極限值，然后計(jì)算您是否在安全范圍（請(qǐng)參見圖1 公式）。
INA 輸入端上的范圍內(nèi)電壓可驅(qū)動(dòng)一個(gè)或兩個(gè)A1 和A2 至其正（或負(fù)）輸出擺幅極限就是該輸入/增益過載條件一個(gè)例子。在該條件下，A3 將測量到一個(gè)錯(cuò)誤的差動(dòng)電壓。該錯(cuò)誤電壓加上參考至INA 的電壓是不正確的，且很可能位于A3 的輸出范圍。
就輸入/增益過過載條件而言，第三也是最后一個(gè)要注意的地方就是儀表放大器的輸出(VOUT)。A3輸出限制與所有放大器相似。例如，在單電源環(huán)境中，輸出擺幅將永遠(yuǎn)也無法跨躍至電壓軌。請(qǐng)參見器件的產(chǎn)品說明書了解與這些極限有關(guān)的信息。
如果您忽略內(nèi)部A1 和A2 輸出級(jí)的細(xì)微差別，那么三運(yùn)放INA 的共模行為可能會(huì)讓您大吃一驚。所有放大器的輸出電壓都與整個(gè)INA線性共模輸入范圍相關(guān)――輸入和輸出。大部分產(chǎn)品說明書都提供了輸入/增益過載條件影響的圖示。現(xiàn)在您可以使用本文的知識(shí)來理解并使用這些圖片來發(fā)揮您的優(yōu)勢了。