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INA333: 关于INA333差分输入信号接入的问题

Part Number:INA333Other Parts Discussed in Thread: INA133

对于一个由线圈绕制的传感器,差分输出后接入到INA333输入两端,该传感器差分输出相当于一个浮动的信号源。如果INA333一端接地,那此时算是差分输入还是单端输入呢?这个时候共模抑制比会下降吗?

先说一下我为什么要一端接地:是因为如果一端不接地时,我用信号发生器输入信号调试电路时,信号会失真。并且,INA333芯片手册上要求必须要给偏置电流提供一个返回地的路径,所以我才一端接地的。现在我的疑惑就是,如果一端接地了,共模抑制比会下降。

第二个问题就是,如果我放大器前级的传感器输出信号连接到放大器时,如果放大器两端均不接地,会有什么后果?可以实现正常的功能吗?共模抑制比会下降吗?

Kailyn Chen:

您好,一端接地,相当于单端输入。

共模抑制比CMRR是参考输入端的,定义是共模电压的变化比上失调电压的变化:

delta Vcm/delta Vos 。也就是说当运放输入端有共模电压Vcm时,它会引入一个输入失调电压。那对于差分运放来说,此放运放的共模电压[(Vin+)+(Vin-)]/2将为0,并且不随信号的变化而改变。因此共模信号引起的误差很小。单端信号的话共模电压不是0,那么就会引入失调电压,假设信号本身是一个频率很 高的信号,幅值也很大。那么由这个信号引 入的Vos就会很大,也就是会造成CMRR下降,这时我们应选用在信号频率上 CMRR 很高的运放。

关于第二个问题,

jim lowen said:如果放大器两端均不接地,会有什么后果?

不接地,还是都接地?不接地,那么放大器的两端都要满足运放的输入电压范围,就会正常工作。

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jim lowen:

你好,上面所说的共模信号我可以理解成是共模噪声吗?

此外,第二个问题我问的是如果放大器两端都不接地的情况下能否正常工作?共模抑制比会下降吗?因为我看仪表放大器的datasheet里面都说需要一条给偏置电流的返回路径,因此我才一端接地的。

如果是一端接地的情况下,共模抑制比会下降;但是如果一端没有接地,就没有给偏置电流提供一条返回路径,那这个问题应该怎么解决呢?也就是说我既不想让CMRR下降,又可以给偏置电流提供一条返回路径,应该如何做

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Kailyn Chen:

您好,明天给您答复。

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Kailyn Chen:

jim lowen said:上面所说的共模信号我可以理解成是共模噪声吗?

您好,运放的共模电压指的两个输入引脚电压的平均值,之所以运放输入电压又称为共模电压,是因为运放正常工作时,两输入端由于“虚短”,导致两个输入端之间的差压是很小 的,每个输入端的电压与两个输入端电压的平均值 是基本相同的,所以运放的输入共模电压范围基本上就是运放输入电压的范围。

您提到的共模噪声,我想应该理解为,理想运放满足虚短条件,但是实际运放输入端由于电阻的不匹配,一个共模电压的变化转化为一个差模电 压,引入的差模电压就会转化为 差分级输出信号的噪声。

关于INA333 datasheet中输入偏置电流提供回流路径的描述,是因为INA333的输入阻抗非常高,高输入阻抗意味着随着输入电压发生变化该输入偏置电流变化非常小。因为输入电路必须为该输入偏置电流提供路径以便正常运行。如果没有偏置电流路径,输入将浮动到超过INA333器件的共模范围,输入放大器将会饱和

换句话说,如果信号源阻抗是低阻抗源,那么信号源的地就可以为该输入偏置电流提供回流路径,INA333的输入就不需要额外加电阻到地给输入偏置电流提供回流路径。

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jim lowen:

你好,你上面提到的信号源的地指的是?是信号源与后级放大电路共地的地?还是信号源一端相对于另一端的参考地?

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jim lowen:

你好,从INA333的datasheet中看到,很多参考设计在其输入端都有额外加电阻到地给输入偏置电流提供回流路径。那如果我其中一端接地,如图:前面传感器也是差分形式输出,输入到放大器也是差分形式,这样的连接方式会导致共模抑制比下降吗?或者说这样的连接方式会不会增加更多的噪声(此时是否为单端输入?传感器输出电阻测量为12Ω)

此外,如果我不这样连接,输入端信号直接加载到放大电路两个输入端,这样连接是可以的吗?这样不就没有给偏置电流一个路径了吗?想请问一下,两种连接方式的共模抑制比是否会不一样?哪一种对于共模噪声抑制会更好?(传感器等效模型可以看成是电阻、电感、电容串联,传感器输出电阻为12Ω)

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Kailyn Chen:

jim lowen said:,你上面提到的信号源的地指的是?是信号源与后级放大电路共地的地?还是信号源一端相对于另一端的参考地?

我的意思是信号源本身是低阻抗源的话,那么就不需要像datasheet中那样在INA333的输入端接电阻到地了,信号源的地可以为输入偏置电流提供回流路径的。

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Kailyn Chen:

jim lowen said:从INA333的datasheet中看到,很多参考设计在其输入端都有额外加电阻到地给输入偏置电流提供回流路径。那如果我其中一端接地,如图:前面传感器也是差分形式输出,输入到放大器也是差分形式,这样的连接方式会导致共模抑制比下降吗?或者说这样的连接方式会不会增加更多的噪声(此时是否为单端输入?传感器输出电阻测量为12Ω)

这个电路就是差分输入,这样的连接方式不会导致CMRR降低。 如果前面传感器差分输出,输入到INA333也是差分形式,是可以考虑在两个输入端分别加一个电阻到地,就像这个图一样的接法,附图中的Microphone/Hydrophone是差分输入。

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Kailyn Chen:

jim lowen said:如果我不这样连接,输入端信号直接加载到放大电路两个输入端,这样连接是可以的吗?这样不就没有给偏置电流一个路径了吗?想请问一下,两种连接方式的共模抑制比是否会不一样?哪一种对于共模噪声抑制会更好?(传感器等效模型可以看成是电阻、电感、电容串联,传感器输出电阻为12Ω)

就像我上面所说,如果传感器是低阻抗源,这样接就可以了。

如果是高阻抗源,那么就可以参考Microphone的电路,在差分输入的两个输入端分别接一个47Kohm电阻到地。

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jim lowen:

你好,我问的是这个图是否会降低CMRR?

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jim lowen:

因为在我的认知里面,如果一端接地,那么就是单端输入,因为输入端两端不对称,CMRR会下降,共模噪声没有得到抑制(传感器内部没有接地)。但是如果一端不接地的情况下,输入两端用信号发生器接入一个信号用示波器去测试,发现示波器输出的波形会震荡很严重。然后我在VIN-接上地后就没有这种情况。

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Kailyn Chen:

信号源的差分输出都接在了INA333的输入端,然后一端接下拉电阻到地,这还是差分输入。

您说的单端输入,那么信号源输出也是单端的。

这么说吧,从您给的电路图来看,传感器输出为差分输出,然后给到INA133 的两个输入端,这仍然算是差分输入,不会降低CMRR。

接不接下拉电阻,两种情况:

如上我所说的,主要看信号源阻抗。

第一,如果传感器阻抗低,可以通过运放的一端接下拉电阻到地给偏置电流提供回流路径,或者不加下拉电阻,sensor的地也可以给偏置电流提供回流路径。 就像您这个应用。

第二,如果信号源sensor的阻抗很高,那么INA333的两个输入端加相同的电阻到地,如果不加的话,可能会导致INA333输出饱和。

就上面这两种情况。

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jim lowen:

嗯嗯好的感谢,大概了解了,我想问一下如果不加下拉电阻,sensor的地会给偏置电流提供回流及路径,sensor的地指的是哪里呢?因为sensor里面的构造是:两个漆包线绕制的线圈,每个线圈都有两条输出线,每个线圈的其中一根线连接在一起,然后每个线圈的另外一个线输入到INA133输入端。不太理解你这边说的sensor的地指的是哪里。

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Kailyn Chen:

您好,我的意思是sensor的输入端的参考地,应该是和INA333 是共地的。

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