Die Vorteile der indirekten Stromgegenkopplung

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Prinzip der Indirect-Current-Feedback Architektur

Die Indirect-Current-Feedback Architektur ist eine neue Methode Instrumentenverstärker zu konstruieren. Durch die vielen Vorteile, die sie bietet, wurde sie sehr populär. Bild 3 zeigt die Indirect-Current-Feedback Architektur wie sie in den Instrumentenverstärkern MAX4462 und MAX4208/9 benutzt wird.

Diese neue Struktur beinhaltet einen Verstärker mit großem Verstärkungsfaktor (C) und zwei Transkonduktanzverstärker (A und B). Jeder Transkonduktanzverstärker wandelt seine differenzielle Eingangsspannung in einen Ausgangsstrom um und unterdrückt seine gesamte Gleichtakt-Eingangsspannung.

Am stabilen Arbeitspunkt des Verstärkers entspricht der Ausgangsstrom der gm-Stufe A dem Eingangsstrom der gm-Stufe B. Dieser Abgleich wird durch die Rückkopplungseinwirkung des Verstärkers C erreicht, der die differenzielle Spannung am Eingang des Rückkoppelungsverstärkers B auf den gleichen Wert wie die differenzielle Eingangsspannung am Verstärker A zwingt.

Die Schaltung stellt dann einen definierten Strom (VDIFF / R1) in der Serienschaltung der Ausgangswiderstände ein. Dieser Strom fließt ebenso durch R2. Dadurch ist die Ausgangsspannung an OUT einfach die Verstärkung der differenziellen Eingangsspannung mit dem Verstärkungsfaktor 1+ R2 / R1. Der Offset des Ausgangs kann durch Anlegen einer Spannung an REF gesteuert werden, ähnlich wie bei einem herkömmlichen 3-OpAmp-Instrumentenverstärker.

Vorteile der Indirect-Current-Feedback Architektur

Die Abstraktion des Aufbaus eines klassischen Instrumentenverstärkers (Bild 2) führt zu einem Funktionsmodell wie in Bild 4a gezeigt. Der Vergleich mit Bild 4b macht den entscheidenden Vorteil dieses Systems deutlich. Das Zwischensignal in dem klassischen 3-OpAmp-Instrumentenverstärker enthält nicht nur die verstärkte differenzielle Eingangsspannung sondern auch die Gleichtaktspannung.

Im Gegensatz dazu enthält die Indirect-Current-Feedback Architektur lediglich eine Ableitung der differenziellen Eingangsspannung. Die erste Stufe sorgt für die gesamte Gleichtaktunterdrückung. Die zweite Stufe bewirkt eine differenzielle Verstärkung bei gleichzeitiger, weiterer Gleichtaktunterdrückung, sodass das Ausgangssignal, wenn nötig, durch eine Referenzspannung mit einem Offset versehen werden kann. Dadurch können bei der Indirect-Current-Feedback Architektur Einschränkungen des Gleichtakt-Eingangsspannungsbereichs wie bei den 3-OpAmp-Instrumentenverstärkern gar nicht erst entstehen.

*Gerhard Winkler ist Applikationsingenieur bei Maxim in Planegg.

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