近年来，“智慧化”这一字眼正频频出现在我们眼前：无论是家中家电、设备相互联动，给人带来舒适的居住体验的“智慧家居”，还是不同类型工业机器人相辅相成、精密合作的“智慧工厂”，再大到区域之间智慧、整洁有序的“智慧城市”……美好的“智慧化”未来已经一步踏入了现在。而在实现“智慧化”的前提条件中，精确采集来自各个渠道的信号是必不可少的一环，对于常规信号而言，普通放大器就能很好的进行放大输出，但如果是更精密的微弱小信号，普通放大器所搭建的电路不能满足其需求，这个时候就需要仪表放大器。

仪表放大器是一种精密差分电压放大器，它源于运算放大器，且优于运算放大器。仪表放大器把关键元件集成在放大器内部，其独特的结构使它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移增益设置灵活和使用方便等特点。本文就ADI公司推出的仪表放大器LT6370，探寻如何实现低噪声的微弱信号放大。

从1到1000的放大，一颗LT6370轻松解决

在常见的应用中，所需搭建的放大电路放大倍数往往不高，大多在几十到一百多之间，但是在医用仪器、监测和控制电子设备、软件可编程应用、音频应用、高速信号调理、视频应用以及功率控制等应用中不仅原始信号极其微弱，放大倍数要求从几百到上千，而且对于放大输出后的信号精度要求很高，失调电压和噪声需要尽量的小。如果使用标准的运算放大器电路则其仅能简单地放大差模信号电压以及任何 DC信号、噪声或其它共模电压。结果，该信号会淹没在DC失调电压和噪声之中。因此，即使最好的运算放大器也不能有效地提取微弱信号。

ADI提供的仪表放大器LT6370是精密增益模块，输入为差分式，输出可以是差分式，也可以是相对于参考端的单端式。能够放大两个输入信号电压之间的差值，同时抑制两个输入端共有的任何信号，利用非常高的输入阻抗使其适合测量低电压和小电流，并能不降低输入信号源的带载能力。与大多数仪表放大器一样，LT6370设有单增益设置电阻，只需要通过一个外部电阻，就能快速实现从1到1000倍的放大电路的搭建，从而快速实现我们所需的放大功能。与此同时，LT6370也具有出色的直流精度，其输入失调电压最大值仅为25μV，电压漂移最大值仅为0.3μV/℃，低总增益误差和漂移的最大值也维持在0.01%与30ppm/℃下，都能够保证输入信号和输出信号具有足够的精度。

典型三运放仪表放大LT6370的内部电路

对于放大器而言，还有一个重要的参数指标——共模抑制比（CMRR），指的是放大电路对差模信号的电压增益与对共模信号的电压增益之比的绝对值。因为要抑制零漂，所以共模电压增益越小越好，而差模电压增益越大越好。所以希望CMRR越大越好，CMRR越大，放大电路的性能越优良，这也是仪表放大器所提供的最重要的功能。使用运算放大器和 0.1%精度电阻器自行搭建的仪表放大器，通常只能达到 48 dB 的CMRR，需要稳压DC电源激励电桥；许多现代仪表放大器可提供接近 80 dB 的CMR，从而允许使用低成本、非稳压的 DC 电源激励电桥。而LT6370提供了至少大于94dB的高共模抑制比，保证了差分电路的性能足够良好，更好的抑制板子上的共模噪声。此外，LT6370具有小于400pA的输入偏置电流，更进一步保证了输入信号的精度，3.1MHz的带宽，足以适应大多数的应用场合。除了以上特点，LT6370还集成了输入RFI滤波器，更进一步滤除输入信号的噪声。

远程高精度检测，LT6370的应用实现

在LT6370的典型应用中，有一种是利用仪表放大器的平衡和出色直流/低频共模抑制(CMR)特性的方法，使得仪表放大器可以配合阻性传感器（例如应变计）使用。这种应用能用于远程的测量物理参数，例如，埋在卡车称重站路面下方或桥梁结构内的应变计测量，不太可能位于读取测量结果的电子设备旁边，原始信号尽管经过屏蔽双绞线的干扰抑制，依然会产生比较大的噪声，而且长电缆拾取的干扰对放大器正负输入的影响是不均衡的，而且输入包含CMR无法消除的不相关信号，这个时候就可以使用到LT6370搭建的远程检测电路。

放大器输出端120 Hz噪声

检测电路的原始模型来自于惠斯登电桥，该电桥可产生差分电压，当物理参数变化时，差分电压会随之发生可预测的变化。差分电压还有抑制温度和时间漂移的附带好处。差分电压位于较大共模(CM)电压之上。使用仪表放大器来放大电桥提供的小信号。仪表放大器的优点在于，在电桥元件负载很少或没有负载的情况下，它可以检测差分电压并将CM抑制到传统运算放大器无法实现因为要求外部电阻高度匹配的程度。

惠斯登电桥

为了从CM中成功提取很小的电桥差分电压，一种解决方案是使用两对屏蔽或非屏蔽双绞线(UTP)。这样，仪表放大器的两个输入实现均衡，受到的CM噪声影响相同,LT6370能够可靠地抑制困扰IA输入的噪声,即使在嘈杂的环境中，远距离输出波形也很干净。基于这种解决方案还可以进一步的做简化至单根UTP线, 其中U2的输入保持平衡以获得良好的CMR。 LT6370的超低增益误差（G =10 V/V时小于0.084%）和低输入失调电压（全温度范围内最大值小于50 μV），保证U2获得传感器电压的真实副本，与U2反相输入端产生的基准电压进行比较,减去了UTP拾取的干扰。

用于远程检测的单根UTP

总结

电桥传感器远离信号处理放大器，需要仪表放大器来提取干净的实测差分电压。ADI的LT6370仪表放大器能够成功处理远程传感器通过长电缆传来的信号，以业界领先的精度以及出色的长期稳定性适用于医用仪器、远程测量、高速信号调理等多个领域，助力实现智慧未来。