一种高性能跨阻式测量放大器的设计*

马玉清，李如平，吴房胜

(安徽工商职业学院信息工程学院，安徽 合肥 231131)

引言

运算浮地电流传输器(Operational Floating Current Conveyor,OFCC)[1,2]是一种功能强大的有源构建模块，它为电路设计人员提供了充分的灵活性.它继承了电流传输器和电流反馈运算放大器的特点，增加了电流输出端、输入端的高阻抗、输出端的低阻抗可用性也为电路设计提供了更好的性能；近年来，OFCC已经用于实现测量放大器、读出电路、对数放大器、整流器、滤波器、可变增益放大器和惠斯通电桥的设计[3-13].

测量放大器(Instrumentation Amplifier,IA)也称为仪表放大器或数据放大器，它是一种可以用来放大微弱差值信号的高精度放大器.测量放大器在应用中通常作为一个输入模块，如汽车传感器[14]、工业过程控制[15-17]、线性位置感知[18]和生物电位采集系统[19-24]来放大差分信号，并抑制不需要的共模信号.一般而言，基于运算放大器的IA分为电压模式IA(Voltage Mode IA,VMIA)和基于电流模式构建模块的IA，称为电流模式IA(Current Mode IA ,CMIA)；另一种分类方法是基于IA工作的输入和输出信号类型.跨阻IA(Transimpedance IA,TIA)就是这种分类中的一种，它把检测到的电流放大并转换为电压.尽管有文献针对TIA进行研究，但很少有文献针对采用OFCC实现的TIA可用.表1比较了常见的3种TIA[25-27]设计，它们是根据采用的有源和无源元件的数目和类型以及输入和输出端的阻抗进行分类的.从表1可以看出：

表1 三种常见TIA设计的特性

1)基于运算放大器拓扑结构设计的TIA[26]采用的电阻数量太多；

2)基于运算跨阻放大器(Operational Transimpedance Amplifier,OTRA)设计的TIA[27]有低的输入阻抗，这对于电流传感是理想的选择，而基于CCⅡ型结构设计的TIA[25]和基于运算放大器拓扑结构设计的TIA[26]的输入阻抗较高，显然不适于电流传感；……