Некоторые электрические сигналы, с которыми нам приходится иметь дело, «плавают» относительно земли. Типичными примерами могут быть падение напряжения на токоизмерительном резисторе в источнике питания или сложный биомедицинский сигнал, такой как ЭКГ. В таких случаях для усиления дифференциальной составляющей сигнала и подавления его синфазных компонентов используется инструментальный усилитель (ИУ).
Инструментальный усилитель необходимо тестировать с использованием реальных сигналов, как во время проектирования, так и периодически в течение практической эксплуатации. ИУ также следует проверять путем подачи на его входы известного калиброванного тестового сигнала, чтобы определить его точность, подавление синфазного сигнала и то, как на него влияют различные ошибки подключения, которые могут возникнуть при использовании усилителя. Источник тестового сигнала для медицинского ИУ должен выдавать сигнал UOUT подходящей формы с диапазоном амплитуд в несколько милливольт и диапазоном частот от нуля до нескольких килогерц. Этот источник должен иметь два дифференциальных выхода, которые могут быть подключены к соответствующим входам ИУ, как показано на Рисунке 1.
 | |
| Рисунок 1. | Источник дифференциального сигнала. |
Выходные сопротивления RG1 и RG2 должны составлять, как минимум, несколько кОм, чтобы моделировать характеристики тел, которые будут измеряться в реальной жизни. Кроме того, оба выхода должны быть электрически изолированы от земли, но должен быть доступен общий опорный уровень для проверки способности ИУ подавлять синфазные помехи.
Для тестирования доступно несколько различных типов источников сигналов. Все они, начиная с генераторов функций и заканчивая специализированными цифровыми синтезаторами, различаются уровнями точности и сложности. Многие из них способны формировать сигналы в подходящем диапазоне амплитуд и частот, а некоторые даже могут имитировать ЭКГ, ЭЭГ и другие медицинские сигналы. Однако использование этих источников может быть проблематичным, поскольку часто они имеют несимметричные выходы и недостаточно изолированы от земли для проведения испытаний на разделение синфазных сигналов.
Эти источники могут быть адаптированы для тестирования ИУ путем добавлением схемы драйвера, преобразующей несимметричный сигнал в дифференциальный и обеспечивающей развязку потенциалов. В этой статье описываются проектирование, конструкция и применение такой схемы. Ее выходы гальванически изолированы от земли и поддерживают имитацию «синфазной» составляющей сигнала. Кроме того, выходное сопротивление источника эмулируемого сигнала можно отрегулировать в соответствии с импедансом несимметричного источника.