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ANALOG/MIXED SIGNAL OP-AMP 28 - ELETTRONICA OGGI 484 - MARZO 2020 cemente, non sono abbastanza strette per assicurare il valore di CMRR che ci si aspetterebbe da un amplifica- tore per strumentazione. Le equazioni sotto riportate danno un’idea dell’influenza del disadattamento dei resistori sul CMRR: Questa equazione utilizza un amplificatore differenzia- le con G = 1V/V, mentre T R è la tolleranza del resistore: T R = 1%, il caso peggiore del CMRR DIFF in DC sarà 34 dB R = 0.1%, il caso peggiore del CMRR DIFF in DC sarà 54 dB Se K è la tolleranza netta di adattamento di R 1 /R 2 ri- spetto a R 3 /R 4 K può essere pari fino a 4T R (caso peggiore) L’amplificatore amplifica la tensione differenziale in in- gresso e il guadagno dell’amplificatore è: V OUT = G × V DM = (R 1 /R 2 ) × (V IN + - V IN -) + V REF Il problema è che la tensione differenziale (V IN - e V IN +) include il rumore sovrapposto e qualsiasi tensione di modo comune che non venga rigettata (a causa di un valore di CMRR non adeguato) verrà amplificata per cui l’uscita sarà contaminata dal rumore. Questo semplice approccio ha anche altri svantaggi. In genere l’impedenza d’ingresso di un amplificatore operazionale è elevata (dell’ordine di M o G ), ma a causa del riferimento e del percorso di retroazione (feedback), l’impedenza è sia ridotta sia sbilanciata: in questo caso le inesattezza si sommano e il sensore risulta caricato. Se da un lato questo circuito amplifi- cherà il piccolo segnale del sensore, dall’altro la scar- sa precisione del guadagno in presenza di rumore non sarebbe utile per conseguire gli obiettivi prefissati. Un approccio diverso: tre amplificatori operazionali integrati Nella figura 3 è riportato un amplificatore per stru- mentazione ospitato in un singolo circuito integrato. Come si vede dalla stessa figura, il circuito è diviso in due stadi. Lo stadio di ingresso ha due amplificatori buffer invertenti e lo stadio di uscita è un tradizionale amplificatore differenziale. Le resistenze interne uti- lizzate in tutto questo schema sono caratterizzate da tolleranze molto strette che è possibile ottenere sola- mente utilizzando resistori regolati integrati nel silicio. Ciò si traduce in un CMRR molto più elevato. Gli am- plificatori dello stadio di ingresso forniscono anche un’impedenza elevata che riduce al minimo il carico sui sensori. Il resistore per l’impostazione del guada- gno, RG, consente al progettista di selezionare qualsia- si guadagno all’interno della regione operativa del di- spositivo (tipicamente da 1 V/V a 1.000 V/V). Lo stadio di uscita è un tradizionale amplificatore differenziale. Il rapporto tra i resistori interni, R2/R1, imposta il guada- gno dell’amplificatore differenziale interno, che è tipi- camente G = 1 V/V per la maggior parte degli amplifi- catori per strumentazione (il guadagno complessivo è funzione dell’amplificatore nel primo stadio). I percor- si bilanciati del segnale dall’ingresso all’uscita produ- cono un eccellente CMRR. Lo schema è semplice da implementare, ha un ingombro ridotto e un numero in- feriore di componenti, con conseguente riduzione dei costi di sistema. Questo schema è anche compatibile con alimentazioni provenienti da una singola sorgen- te utilizzando il pin V REF . Tuttavia, anche con questo schema, ci sono dei limiti da considerare. I tre amplifi- catori operazionali permettono di ottenere un elevato CMRR in DC tramite l’adattamento dei resistori on-chip dell’amplificatore differenziale, ma l’architettura di re- troazione può penalizzare in modo sensibile il CMRR in AC. Inoltre, le capacità parassite non possono essere completamente adattate causando così disadattamen- Fig. 2 – Amplificatore differenziale discreto Fig. 3 – Approccio che sfrutta tre amplificatori operazionali integrati