我们讨论了惠斯通电桥拓扑结构、激励和校准方法，以及使用差分（DAs）和仪表放大器（INAs）等构建块的基本信号调理技术。
　　在这一部分中，我们将扩展放大器信号调理方面的讨论，讨论精密应用中的性能参数，并展示一些 INA 拓扑结构（包括集成的应用特定标准产品 ASSPs），如何在性能和尺寸方面提供优势。
　　如部分所示，校准偏移和增益误差相对简单。难以解决或成本高昂的误差包括噪声（如器件固有的和电源）以及温度相关的误差（如偏移和增益漂移）。难以估算的其他误差来源包括数字和时钟切换以及来自交流电源的干扰。
　　因此，具有高电源抑制比(PSRR)和共模抑制比(CMRR)的零漂移放大器是优选的。为了获得精度和稳健的解决方案，ASSPs 还可以校准非线性和传感器漂移，并具备传感器故障检测和诊断的附加功能。
　　内在噪声和偏移漂移

　　在大多数应用中，感兴趣的微小信号通常频率低于 10 kHz。传统放大器的噪声特性在从 1 kHz 到直流的频率下会增加。这种噪声通常被称为 1/f 噪声或闪烁噪声，在寻找 Wheatstone 电桥应用中的性能时是一个主要限制因素。图 1 显示了 INA 的典型噪声性能。

　　图 1 输入电压噪声频谱密度随频率变化。德州仪器

　　CMOS 零漂移仪表放大器通常具有较低的 1/f 噪声，这在与桥式传感器接口时可能特别有用。CMOS 零漂移放大器使用一种调制技术，可以在所有频率范围内，包括 1/f 区域，提供平坦的噪声响应。这种调制技术还提供了更低的偏置电压和偏置电压漂移规范。图 2 显示了零漂移仪表放大器的固有噪声性能。

　　图 2 显示了精密仪表放大器 INA333 的输入电流和电压噪声频谱密度与频率的关系。资料德州仪器
　　从桥传感器的供电电压注入的噪声可能会以共模噪声的形式出现在传感器的输出端。

　　解决这种噪声的两种主要方法是使用高共模抑制比的仪器放大器或使用低噪声参考电源。根据桥的激励电压和阻抗，设计人员应选择足够电压和负载电流的参考电源，如图 3 所示。

　　图 3 设计工程师可以选择低噪声参考作为桥的激励电压。德州仪器
　　共模噪声

　　噪声可以通过任何介质从相邻源耦合到输入放大器，例如交流和调节器。为了化这种误差，优选具有高共模抑制比（CMRR）的输入放大器。在传统的电压反馈仪表放大器（INA）中，CMRR 性能直接与电阻匹配和差分增益相关。图 4 显示，随着增益的减小，CMRR 性能也会降低。

　　图 4 显示了一种传统 INA 的共模抑制比（CMRR）与频率的关系图。资料德州仪器
　　一种电压反馈 INA 的替代拓扑被称为间接电流反馈（ICFB）。在这种拓扑中，共模抑制比（CMRR）取决于运算跨导放大器（OTA）的输入和反馈跨导的匹配。OTA 的跨导可以比电阻更好地匹配；因此，ICFB INA 的 CMRR 比传统的电压反馈 INA 更好。

　　此外，如图 5 所示，ICFB 拓扑的 CMRR 不依赖于增益。ICFB INA 在较低增益和较低频率下的性能明显优于传统的电压反馈 INA。

　　图 5 显示了 ICFB INA 的 CMRR 频率图表。德州仪器
　　温度变化下的增益漂移
　　在使用传统电压反馈仪表放大器(INA)的应用中，系统的增益随温度的变化往往主要由外部增益设置电阻的温度系数主导，因为这些电阻既不匹配也不与集成电阻一起漂移。

　　一种解决方案是使用可选增益 INA 或可编程增益仪表放大器(PGIA)，它们具有集成且匹配的电阻，这些电阻会一起漂移。图 6 将传统电压反馈 INA 与外部增益设置电阻(a, 红框)与 PGIA(b, 绿框)进行了比较。

　　图 6 显示了传统 INA 带有外部增益电阻(a)和带有集成增益网络的 PGIA(b)。资料德州仪器

　　ICFB INAs 提供了一种替代解决方案，因为它们使用两个外部电阻来设置增益。使用匹配的电阻对可以比传统电压反馈 INA 中的单个外部增益设置电阻获得更好的漂移性能。图 7 中的绿色框显示了这两个电阻，R1 和 R2。

　　图 7 ICFB INA 在匹配的外部增益设置电阻 R1 和 R2 的情况下可见。德州仪器
　　非线性和诊断
　　对于需要校准传感器非线性与输入信号和温度的应用，ASSP 可能是一个不错的选择。ASSP 通常包含数字-模拟转换器（DAC），可以校准偏移和增益误差，并可能包括集成参考和温度传感器等功能。
　　ASSP 通常具有内部性可编程内存或外部电可擦除可编程只读（EEPROM），用于性工厂校准或按需校准。
　　此外，一些 ASSP 具有诊断功能，例如通过监测输入信号共模电压来检测传感器故障。如果电压超出桥电源的固定范围或输入放大器的边界图限值，则将触发故障模式检测。

　　此外，如果 ASSP 和 ADC 使用不同的电源供应，还可以将输出电压限制在 ADC 的输入范围。图 8 显示了具有上述功能的 ASSP。

　　图 8 具有上述功能的用于惠斯通电桥测量的 ASSP。德州仪器

　　由于其低功耗和通过平均和噪声整形实现的极低噪声水平，Δ-Σ ADC 架构是惠斯通电桥测量的流行选择。此外，一些桥测量 ADC 集成了可编程增益放大器（PGA），用于应用额外的增益并优化稳定时间。图 9 显示了这样的 ADC。

　　图 9 用于桥测量的 ADC 内置了 PGA。德州仪器
　　当谈到调理惠斯通电桥信号时，除了 DA 和传统 INA 之外，还有许多其他选择。虽然我们已经讨论了设备固有的噪声和桥路电源引起的噪声，但还需要考虑精度、温度范围内的性能和校准。此外，还需要考虑的因素包括功耗、设计的简便性、灵活性、成本、尺寸以及多源需求。