淺談儀表設(shè)計的挑戰(zhàn)及解決方案

本文介紹了儀表設(shè)計的挑戰(zhàn)以及這些挑戰(zhàn)的解決方案。本文還將介紹針對所有不同類型市場的所有儀表設(shè)計的一些共同特征。我們還將提供資金支持，以便尋求更好的解決方案。

儀器使工程師能夠查看和了解不同的電子或機械過程或系統(tǒng)中發(fā)生的情況。這些設(shè)備可以獲取，分析和顯示數(shù)據(jù)，從而使工程師可以監(jiān)視和控制機械并進行所有必要的更正。在測試或原型制作期間，儀器可以改善電路，從而可以創(chuàng)建新的更好的設(shè)計。

由于需要具有廣泛功能和可用性的功能強大的儀器來應(yīng)對各種應(yīng)用提出的設(shè)計挑戰(zhàn)，因此本文將著眼于這些儀器滿足客戶期望所需的特性，然后將研究一個關(guān)鍵設(shè)計組件的重要特性–儀表放大器。

不同的市場期望從一種工具獲得不同的特征：軍事市場是由可靠性驅(qū)動的；消費市場是成本驅(qū)動的；醫(yī)療市場安全驅(qū)動；汽車市場是以上所有因素的結(jié)合。盡管如此，仍然有必要指出，旨在滿足未來需求的新工具通常必須具有以下一項或多項特征：

• 速度更快
• 較小的尺寸
• 更低的功耗
• 更好的抗噪聲和物理或電氣干擾的能力
• 提高系統(tǒng)可靠性并減少維護停機時間
• 最小的轉(zhuǎn)換錯誤
• 更高的精度和足夠的帶寬
• 高效的散熱設(shè)計

在儀器可以有效，準(zhǔn)確地測量信號之前，許多應(yīng)用都需要大量的信號調(diào)理，以減少噪聲，增加動態(tài)范圍并補償傳感器的非線性。例如，醫(yī)療儀器模擬前端中的信號調(diào)理提出了在存在大的差分直??流電勢時檢測小信號的設(shè)計挑戰(zhàn)?？紤]心電圖（ECG）；心臟電活動的采集和記錄（圖1）。形成心臟細(xì)胞外殼的每個細(xì)胞膜都有一個相關(guān)的電荷，該電荷在每次心跳時都會去極化。這些脈沖在皮膚上顯示為微小的電信號，可被ECG檢測，轉(zhuǎn)換為波形并放大。

配套文章《優(yōu)化儀器信號鏈以降低成本，提高性能》探討了設(shè)計師如何通過平衡每個階段中各個組件的規(guī)格以滿足整個信號鏈的目標(biāo)性能水平來構(gòu)建有效的信號鏈。在本文中，我們著眼于該過程的一個關(guān)鍵要素，即儀表放大器（或儀表放大器），這是一種特殊的放大器類型，通常是測量前端的第一個組件，因此它的性能對于運算放大器的性能至關(guān)重要。整個樂器。

現(xiàn)在，讓我們考慮在Mouser網(wǎng)站的“最新產(chǎn)品”部分中找到的幾個真實示例。ADI公司的AD8428儀表放大器設(shè)計用于精確測量微小的高速信號。它提供了業(yè)界領(lǐng)先的增益精度（0.2％），噪聲和帶寬。ADI AD8428（圖2）具有固定的2000增益，是業(yè)界最快的儀表放大器之一。AD8428的高CMRR（最小值為130 dB），可防止有害信號破壞采集數(shù)據(jù)。器件的引腳排列旨在避免寄生電容失配，該失配會在高頻下降低CMRR。據(jù)說該ADI器件非常適合用于傳感器接口，醫(yī)療儀器和患者監(jiān)護應(yīng)用。

德州儀器（TI）INA826精密儀表放大器具有極低的功耗，并能在很寬的單電源或雙電源范圍內(nèi)工作。從負(fù)電源一直到正電源的1 V，整個輸入共模范圍內(nèi)的共模抑制比均超過84 dB。TI INA826使用軌到軌輸出，非常適合從2.7V單電源以及高達±18 V的雙電源的低電壓操作。TI INA826儀表放大器設(shè)計用于多種應(yīng)用應(yīng)用，包括工業(yè)過程控制，斷路器，電池測試和ECG放大器。

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