单片仪表放大器
为了满足对更容易应用的仪表放大器的需求，ADI公司研发出单片IC仪表放大器。这些IC包含对如前所述的三运放和双运放仪表放大器电路的改进，同时提供激光微调的电阻器和其它有益於单片IC的技术。由於有源器件和无源器件现在都在同一颗管芯内，所以它们能够精密匹配——这保证了器件提供高CMR。另外，这些器件在整个温度范围内保持匹配，从而保证了在宽温度范围内优良的性能。
IC技术（例如，激光晶圆微调）能够使单片集成电路调整到极高精度并且提供低成本、高量产。单片仪表放大器的另一个优点是它们可以采用尺寸极小、成本极低的SOIC或MSOP封装，适合用於高量产。表1提供一个ADI公司仪表放大器性能快速一览表。
图1. AD8221原理图
一、采用仪表放大器还是差分放大器
尽管仪表放大器和差分放大器有很多共性，但设计过程的第一步应当是选择使用何种类型的放大器。
差分放大器本质上是一个运放减法器，通常使用大阻值输入电阻器。电阻器通过限制放大器的输入电流提供保护。它们还将输入共模电压和差分电压减小到可被内部减法放大器处理的范围。总之，差分放大器应当用於共模电压或瞬态电压可能会超过电源电压的应用中。
与差分放大器相比，仪表放大器通常是带有两个输入缓冲放大器的运放减法器。当总输入共模电压加上输入差分电压（包括瞬态电压）小於电源电压时，应当使用仪表放大器。在最高精度、最高信噪比（SNR）和最低输入偏置电流（IB）是至关重要的应用中，也需要使用仪表放大器。 二、单片仪表放大器内部描述
1、高性能仪表放大器
ADI公司於1971年推出了第一款高性能单片仪表放大器AD520，2003年推出AD8221。这款仪表放大器采用超小型MSOP封装并且在高於其它同类仪表放大器的带宽内提供增加的CMR。它还比工业标准AD620系列仪表放大器有很多关键的性能提高。
图2. AD8221的引脚排列
AD8221是一种基於传统的三运放结构的单片仪表放大器（见图1）。输入三极管Q1和Q2在恒定的电流条件下被偏置以便任何差分输入信号都使A1和A2的输出电压相等。施加到输入端的信号产生一个通过RG、R1和R2的电流以便A1和A2的输出提供正确的电压。从电路结构上，Q1、A1、R1和Q2、A2、R2可视为精密电流反馈放大器。放大的差分信号和共模信号施加到差分放大器A3，它抑制共模电压，但会处理差分电压。差分放大器具有低输出失调电压和低输出失调电压漂移。经过激光微调的电阻器允许高精密仪表放大器具有增益误差典型值小於20ppm并且CMR超过90dB（G=1）。
图3. AD8221的CMR与频率的关系
图4. AD8221的闭环增益与频率的关系
图5. AD620原理图
图6. AD620的闭环增益与频率的关系
AD8221使用超β输入三极管和一个IB补偿电路，它可提供极高的输入阻抗，低IB，低失调电流（IOS），低IB漂移，低输入IB噪声，以及8nV/（Hz）1/2极低电压噪声。
AD8221的增益公式为∶增益。
AD8221采用精心设计以保证用户能够使用一苹外部的标准阻值的电阻器很容易和精确地设置
由於AD8221的输入放大器采用电流反馈结构，所以它的增益带宽乘积可以随增益提高，从而构成一个在提高增益时没有电压反馈结构的带宽降低的系统。
为了甚至在低输入信号幅度条件下也能保持精密度，对AD8221的设计和布线采用了特别细心的考虑，因而能使仪表放大器的性能满足甚至要求最严格的应用（见图3和图4）。 AD8221采用独特的引脚排列使其达到无与伦比的CMR技术指标，在10kHz（G = 1）条件下为80dB，在1kHz（G = 1000）条件下为110dB。平衡的引脚排列，如图2所示，减少了过去对CMR性能有不利影响的寄生效应。另外，新的引脚排列简化了PCB布线，因为相关的印制线都分组靠近在一起。例如，增益设置电阻器引脚与输入引脚相邻，并且参考脚靠近输出引脚。 多年来，AD620已经成为工业标准的高性能、低成本的仪表放大器。AD620是一种完整的单片仪表放大器，提供8引脚DIP和SOIC两种封装。用户使用一苹外部电阻器可以设置从1到1,000任何要求的增益。按照设计要求，增益10和100需要的电阻值是标准的1%金属膜电阻值。
AD620（见图5）是传统AD524仪表放大器的第二代产品并且包含一个改进的传统三运放电路。经过激光微调的片内薄膜电阻器R1和R2，允许用户仅使用一苹外部电阻器便可将增益精确设置到100，最大误差在±0.3%之内。单片结构和激光晶圆微调允许电路元器件的精密匹配和跟踪。
图7. AD620的CMR与频率的关系
图8. AD620的增益非线性(G=100, RL=10kΩ,垂直刻度: 100μV=10ppm, 水平刻度2V/div)
ad620用法介绍以及典型电路连接
