仪表放大器钻石图工具有什么作用

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作者：ScottH

“为什么选择仪表放大器工具？它的作用是什么？”

仪表放大器非常适合用于测量小信号、应用高增益和抑制共模噪声。ADI的仪表放大器多年来一直提供业界领先的性能，产品系列已从AD620延续到AD8421。但是，仪表放大器论坛上和技术支持邮箱中有一些问题不断出现。这个问题与我们用来描述共模范围的钻石图和数据手册图相关。问题有多种形式，最常见的是：

我获得的增益与我所编程的不同
输出提前饱和
存在很多错误

对于那些已经了解钻石图的用户，问题则是

为什么我的电源电压/增益/REF引脚电压的共模范围图会改变？

这些问题对仪表放大器用户来说完全合理。电路的测量范围不应该存在任何谜团，即使其是由内部限制引起。但是，直到现在还难以解释为什么电路配置变化会影响钻石图。即使发布了相应的公式，设计人员也必须深入检查每个产品的独立数据手册，以计算预期的信号是否在工作范围内，哪个信号没有正确使用维护时间。

钻石图工具（http://www.analog.com/designtools/en/diamond/）专门用于解决用仪表放大器进行设计时产生的这个问题。它可以计算任意选定仪表放大器的裕量限制，绘制与配置相关的钻石图并将其直接与信号范围进行比较，以确定电路是否能够正常工作。它可在后台对给定条件相同的所有ADI仪表放大器进行计算，以推荐有效的替代方案。它还具备一张缩图选择表，可让您比较针对选定增益增添的主要参数（检查方式是单击“推荐”选项卡并选择“按规格筛选此列表”）。analog.com上的参数选择表不具备针对某个特定增益增添规格这个功能。

示例
现在如何将这款产品用于Shockley的名称中呢？
我碰巧有一个完全虚构的电路可以用来作为示例。设想一下，您正在尝试使用一个分流电阻和AD8226仪表放大器在低侧检测电流，这样选择很明智，因为其轨到轨输出和输入范围包括地面。听起来简单，对吗？

但是，您会失望地发现，此输出电压与负载中的电流没有线性关系。这是怎么回事？我们来看一看简化的AD8226示意图。

我们可以从端点开始分析这个问题，以了解问题出在哪里。

第一种情况：如果测得的电流为0
输入：输入的两个电压均为0V，没有问题。这就是我们选择AD8226的原因。
前置放大器输出：由于具有PNP输入晶体管Q1和Q2，输入与RG引脚之间存在+0.6V的偏差，所以节点1和节点2的电压为0.6V。同样没有问题。
AD8226输出：希望其电压为0V、在约50mV时（无负载）饱和，有问题。

第二种情况：如果测得的电流为10mA
输入：-IN和+IN的电压分别为0V和10mV，没有问题。
AD8226输出：应为10mV*200 = 2V，没有问题。
前置放大器输出：以0.6V为中心，但是节点1和节点2之间的偏差应为2V，因此正极侧放大器A1的输出为+1.6V，A2输出应为-0.4V。由于运算放大器A2的输出绝对不能低于0V，因此A2输出已饱和，有问题。

最终结果是，此电路不受小电流（输出饱和）和大电流（前置放大器饱和）影响。

钻石图工具能够以更少的工作量和更高的精度告诉我们如下事项可以清楚看出，信号（红色）跨越了此图的边界，存在于信号范围的低侧和高侧。正如预期，此图可告诉我们，小信号超出了输出范围，大信号超出了内部节点限制。

如果设计工具只能告诉你电路已损坏，但不能进行修复，就不算一款优秀的工具，所以接下来我们来看看，我们能否做出一些修改以使电路能够工作。

首先，我们可将REF处的电压增加至200mV，以解决零输入信号的问题。有趣的是，此工具现在找到了4个其他选项，其中一个是引脚兼容的AD8227。
其次，将增益降低至80可使AD8226在输入为10mA时正好处于范围内。

我们往往可以不去管它，这并不会显著降低性能。但是，在需要额外增益级才能使增益回到200的情况下，应使用一个简单的同相运算放大器。注意使反馈网络终止于REF处的电平偏移电压，而不是终止于地面，否则也会获得电平偏移电压。
这些方法都非常被动。能够在设计过程主动地运用此工具吗？这是最终目的。这款工具不应只能诊断哪里出了问题，还应能够节约时间。任何设计的首要标准都是最基本的，即它必须能够工作。只有在符合这一标准后，才能考虑优化其他参数。应停止反向设计仪表放大器电路，在知道产品能够工作之前就优化产品选择。从钻石图工具开始，从能够工作的仪表放大器的缩小列表着手。

“最好在第一次设计时就考虑钻石图，以免之后需要重新设计。”

您是否曾使用钻石图工具设计仪表放大器电路或解决现有的电路问题？您可在跟帖中讲述您的故事~

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