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ZHCAD68 September 2023 INA823 , OPA2387 , XTR115 , XTR116

2.2 2A INA

該設計選擇分立式 2A INA 來放大電橋產生的差分電壓。之所以選擇分立式解決方案而不是集成式 INA，是因為需要寬增益范圍和零漂移技術，以便在溫度范圍內實現(xiàn)高精度。電路配置和傳遞函數(shù)分別如圖 2-4 和方程式 4 所示。

圖 2-4 分立式 2A INA 配置

方程式 4.

V_{o u t_I N A)} = (1 + \frac{R 3}{R 2} + \frac{2 R 2}{R G}) * (V 2 - V 1) + V_{R E F}, W h e r e R 1 = R 2 a n d R 3 = R 4

稱重傳感器實驗顯示 V_DIFF 的變化大概為 95μV/lb。因此，需要一個增益級將輸出電壓增加到適當?shù)姆秶?，以饋?4-20mA 變送器。2A INA 的增益計算公式如下。所需的 INA 輸出電壓在 0 磅時為 0.5V，在 20 磅時為 4.5V。

方程式 5.

V_{D I F F_M A X} = s e n s i t i v i t y \times \max ? l o a d = 95 μ V / l b \times 20 l b s \to V_{D I F F_M A X} = 1.9 m V

方程式 6.

G a i n = \frac{(V_{o u t m a x_I N A} - V_{o u t m i n_I N A})}{V_{D I F F_M A X}} = \frac{4.5 V - 0.5 V}{1.9 m V} \to G a i n = 2105 V / V

所需增益用于計算 2A INA 的電阻值。R1 和 R2 設置為 100kΩ，R3 和 R4 設置為 10kΩ。

方程式 7.

R G = \frac{2 * R 2}{G a i n - 1 - \frac{R 3}{R 2}} = \frac{2 * 100 k Ω}{2105 V / V - 1 - \frac{100 k Ω}{10 k Ω}} = 95.511 Ω \to R G = 95.3 Ω (s t a n d a r d v a l u e)

方程式 8.

G a i n = (1 + \frac{R 3}{R 2} + \frac{2 R 2}{R G}), W h e r e R 1 = R 2 a n d R 3 = R 4

選擇用于電橋檢測的放大器時，直流精度和噪聲是關鍵考慮因素。低輸入失調電壓、漂移和輸入偏置電流對于實現(xiàn)高精度輸出至關重要。1/f 噪聲低的放大器非常重要，因為橋式傳感器通常用于低信號頻率。對于 2A INA，該設計選擇 OPA2387（請參閱零漂移放大器：特性和優(yōu)勢 應用簡介）。表 2-1 總結了橋式放大器級的主要規(guī)格，并推薦了為此應用而設計的其他精密放大器。

表 2-1 橋式放大器器件的主要規(guī)格

器件	OPAx387	OPAx333	OPAx186
(V)	1.7 至 5.5	1.8 至 5.5	4.5 至 24
Vos（最大值，μV）	2	10	5
Vos 漂移（典型值，nV/°C）	3	20	1
輸入偏置電流（典型值，pA）	30	70	100
噪聲（0.1Hz 至 10Hz，nV/√Hz）	27	170	125
每通道 Iq（典型值，μA）	570	17	90

當稱重傳感器上未施加重量時，2A INA 的輸出電壓約為 0.345V。因此，采用了 0.155V 基準電壓將 0 磅時的輸出電壓升壓至 0.5V。TI 的模擬工程師計算器 可用于計算提供盡可能低的基準電壓誤差的標準電阻值。

INA 的基準電壓（即 V_{REF INA}）由 4.096V XTR 基準與本地接地端之間的分壓器進行設置，其中的串聯(lián)電阻必須在數(shù)十 kΩ 范圍內，以便限制電流消耗。為防止輸入電阻 R1 造成的壓降，V_{REF INA} 必須由低阻抗源驅動。選擇 TLV333 來緩沖基準電壓的原因是其功耗低，直流精度高。

方程式 9.

V_{R E F_I N A)} = 0.155 V = V_{R E F_X T R} \times \frac{R_{B 2}}{R_{B 1} + R_{B 2}} \to R_{B 1} = 76.8 k Ω, R_{B 2} = 3.01 k Ω