用于數(shù)據(jù)采集的超高性能差分輸出可編程增益儀表放大器
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時(shí)間：2011-12-06
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和可編程邏輯控制器(PLC)需要多功能的高性能模擬前端，以便與各種傳感器進(jìn)行接口，來(lái)精確、可靠地測(cè)量信號(hào)。根據(jù)傳感器具體類(lèi)型和待測(cè)電壓/電流幅度的不同，信號(hào)可能需要放大或衰減，從而匹配模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的滿(mǎn)量程輸入范圍，以供進(jìn)一步的數(shù)字處理和反饋控制。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型電壓測(cè)量范圍是從±0.1 V到±10 V。通過(guò)選擇正確的電壓范圍，用戶(hù)間接的更改系統(tǒng)增益，使模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)輸入端的采樣電壓幅度最大，進(jìn)而最大程度地提高信噪比(SNR)和測(cè)量精度。在典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，需要衰減的信號(hào)與需要放大的信號(hào)分別通過(guò)不同的信號(hào)路徑進(jìn)行處理，這通常導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，需要額外的器件，并且占用更多的電路板空間。在同一信號(hào)路徑中實(shí)現(xiàn)衰減和放大的解決方案一般使用可編程增益放大器和可變?cè)鲆娣糯笃?，但這些放大器往往不能提供許多工業(yè)和儀器儀表應(yīng)用所需的高直流精度和溫度穩(wěn)定性。
有一種方法可以構(gòu)建一個(gè)強(qiáng)大的模擬前端，以便在單一信號(hào)路徑中實(shí)現(xiàn)衰減和放大，并且提供差分輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如圖1所示，將一個(gè)可編程增益儀表放大器(PGIA)，如AD8250（增益為1、2、5或10）、AD8251（增益為1、2、4或8）或AD8253（增益為1、10、100或1000）等，與一個(gè)全差分漏斗（衰減）放大器，如AD8475等級(jí)聯(lián)。該解決方案簡(jiǎn)單靈活，具有高速特性，并提供出色的精度和溫度穩(wěn)定性。
上述可編程增益儀表放大器提供5.3 GΩ差分輸入阻抗和–110 dB總諧波失真(THD)，非常適合與各種傳感器接口。當(dāng)增益為10時(shí)，AD8250的保證特性包括：3 MHz帶寬、18 nV/√Hz電壓噪聲、685 ns的0.001%建立時(shí)間、1.7 μV/°C失調(diào)漂移、10 ppm/°C增益漂移以及90 dB共模抑制比（DC至50 kHz）。精密直流性能與高速能力的結(jié)合，使得這些放大器非常適合具有多路復(fù)用輸入的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。
AD8475是一款高速、集成精密電阻的全差分漏斗放大器，提供0.4或0.8倍的精密衰減、共模電平轉(zhuǎn)換、單端差分轉(zhuǎn)換及輸入過(guò)壓保護(hù)等功能。這個(gè)易于使用、完全集成的精密增益模塊采用+5 V單電源供電時(shí)，可以處理最高±10 V的信號(hào)電平。因此，它能使工業(yè)電平信號(hào)與低壓、高性能、采樣速率高達(dá)4 MSPS的16位和18位逐次逼近(SAR)型ADC的差分輸入范圍匹配。
圖1. 使用AD825x PGIA和AD8475差分輸出漏斗放大器的數(shù)據(jù)采集模擬前端
表1. AD8475與AD8250、AD8251或AD8253組合可以實(shí)現(xiàn)的輸入電壓范圍和增益
數(shù)據(jù)采集儀器測(cè)量范圍(V) | 峰峰值電壓(V) | 每路輸入的最大電壓(V) | 整體系統(tǒng)增益 | AD825x增益 | AD8475增益 | ADC輸入端的峰峰值電壓 | AD825x輸入電壓限值（保護(hù)ADC） | |
±10 | 20 | 4.096 | 0.4 | 1 | 0.4 | 8 | 10.24 | AD8250增益 |
±5 | 10 | 4.096 | 0.8 | 2 | 0.4 | 8 | 5.12 | |
±2 | 4 | 4.096 | 2 | 5 | 0.4 | 8 | 2.048 | |
±1 | 2 | 4.096 | 4 | 10 | 0.4 | 8 | 1.024 | |
±5 | 10 | 4.096 | 0.8 | 1 | 0.8 | 8 | 5.12 | |
±2.5 | 5 | 4.096 | 1.6 | 2 | 0.8 | 8 | 2.56 | |
±1 | 2 | 4.096 | 4 | 5 | 0.8 | 8 | 1.024 | |
±0.5 | 1 | 4.096 | 8 | 10 | 0.8 | 8 | 0.512 | |
±10 | 20 | 4.096 | 0.4 |
關(guān)鍵詞：
數(shù)據(jù)采集
AD8475
AD825x
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