數據采集係統的典型電壓測量範圍是從±0.1 V到±10 V。通過選擇正確的電壓範圍
，用戶間接的更改係統增益
，使模數轉換器(ADC)輸入端的采樣電壓幅度最大，進而最大程度地提高信噪比(SNR)和he測ce量liang精jing度du。在zai典dian型xing的de數shu據ju采cai集ji係xi統tong中zhong，需xu要yao衰shuai減jian的de信xin號hao與yu需xu要yao放fang大da的de信xin號hao分fen別bie通tong過guo不bu同tong的de信xin號hao路lu徑jing進jin行xing處chu理li，這zhe通tong常chang導dao致zhi係xi統tong設she計ji更geng為wei複fu雜za，需xu要yao額e外wai的de器qi件jian
，並bing且qie占zhan用yong更geng多duo的de電dian路lu板ban空kong間jian。在zai同tong一yi信xin號hao路lu徑jing中zhong實shi現xian衰shuai減jian和he放fang大da的de解jie決jue方fang案an一yi般ban使shi用yong可ke編bian程cheng增zeng益yi放fang大da器qi和he可ke變bian增zeng益yi放fang大da器qi
，但dan這zhe些xie放fang大da器qi往wang往wang不bu能neng提ti供gong許xu多duo工gong業ye和he儀yi器qi儀yi表biao應ying用yong所suo需xu的de高gao直zhi流liu精jing度du和he溫wen度du穩wen定ding性xing。

 

有一種方法可以構建一個強大的模擬前端，以便在單一信號路徑中實現衰減和放大，並且提供差分輸出來驅動高性能模數轉換器，如圖1所示
，將一個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，與一個全差分漏鬥（衰減）放大器，如AD8475等級聯。該解決方案簡單靈活，具有高速特性，並提供出色的精度和溫度穩定性。

 

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。當增益為10時
，AD8250的保證特性包括：3 MHz帶寬、18 nV/√Hz電壓噪聲、685 ns的0.001%建立時間、1.7 μV/°C失調漂移
、10 ppm/°C增益漂移以及90 dB共模抑製比（DC至50 kHz）。精密直流性能與高速能力的結合，使得這些放大器非常適合具有多路複用輸入的數據采集應用。

 

AD8475是一款高速、集成精密電阻的全差分漏鬥放大器
，提供0.4或0.8倍的精密衰減、共模電平轉換、單端差分轉換及輸入過壓保護等功能。這個易於使用、完全集成的精密增益模塊采用+5 V單電源供電時，可以處理最高±10 V的信號電平。因此，它能使工業電平信號與低壓、高性能
、采樣速率高達4 MSPS的16位和18位逐次逼近(SAR)型ADC的差分輸入範圍匹配。

 

如圖1所示
，AD825x和AD8475配合工作，構成一個靈活的高性能模擬前端。表1列出了可以實現的增益組合，具體取決於輸入和輸出電壓範圍要求。

 

圖1. 使用AD825x PGIA和AD8475差分輸出漏鬥放大器的數據采集模擬前端

 

表1. AD8475與AD8250、AD8251或AD8253組合可以實現的輸入電壓範圍和增益

 

能力：輸入電壓範圍和帶寬

 

采用±15 V電源供電時
，AD825x係列PGIA的最大輸入電壓範圍約為±13.5 V（AD8250和AD8251提供最高超過電源軌13 V的額外過壓保護）。在本應用中，對PGIA輸入電壓範圍的有效限製由ADC輸入的滿量程電壓範圍和從傳感器到ADC的信號路徑增益設置。例如，18位2 MSPS PulSAR ADCAD7986采用2.5 V單電源供電，典型基準電壓為4.096 V，其差分輸入支持最高±4.096 V的電壓（輸入電壓0 V至4.096 V和4.096 V至0 V）。如果模擬前端的總增益設置為0.4，即AD825x的增益為1，AD8475的增益為0.4
，則係統可以處理的輸入信號最大幅度為±10.24 V。

 

為了確定係統所需的增益設置組合，應考慮ADC (VFS)的滿量程輸入電壓以及傳感器預計會提供的最小/最大電流或電壓電平。

 

 

就其精度和功能水平而言，該模擬前端的速度和帶寬極為出色。該電路的速度和帶寬由下列因素共同決定：

 

● AD825x建立時間：對於10 V輸出電壓躍遷
，AD8250的0.001%（16位）建立時間為615 ns。

● AD825x壓擺率：AD825x的壓擺率在20 V/µs到30 V/µs之間
，具體取決於增益設置。AD8475的壓擺率為50 V/µs
，因此係統受限於AD825x的壓擺率。

● 抗混疊濾波器(AAF)截止頻率：該濾波器由用戶定義，用於限製ADC輸入端的信號帶寬
，防止混疊，並提高信號鏈的信噪比（詳情參閱放大器和ADC的數據手冊）。

● ADC采樣速率：AD8475可以驅動最高4 MSPS的18位分辨率轉換器。

 

許多數據采集和過程控製係統需要測量壓力
、wenduheqitadipinshuruxinhao，yinciqianduanfangdaqidezhiliujingduhewenduwendingxingduiyuxitongxingnengzhiguanzhongyao。xuduoyingyongshiyongduogechuanganqi，zhexiechuanganqiyilunxunfangshiduolufuyonglianjiedaofangdaqishuruduan。tongchangeryan
，lunxunpinlvyuandayumubiaoxinhaodedaikuan。dangduolufuyongqicongyigechuanganqiqiehuandaolingyigechuanganqishi，fangdaqishuruduanjinglidedianyabianhuashiweizhide，yincishejibixukaolvzuichaqingkuang——滿量程電壓躍遷。放大器必須能夠在所分配的切換時間內從該滿量程躍遷完成建立
，該建立時間還必須短於ADC采集信號所需的建立時間。

 

在AD8475與ADC輸入端之間
，建議使用一個抗混疊濾波器(AAF)，以便對提供給ADC輸入端的信號和噪聲帶寬進行限製，防止不需要的混疊效應，並提高係統的信噪比。此外，AAF能夠吸收一些ADC輸入瞬變電流，因此該濾波器也能在放大器與ADC的開關電容輸入端之間提供某種隔離。AAF通常利用簡單的RC網絡實現，如圖1中所示。濾波器帶寬通過下式計算：

 

 

許多情況下，該濾波器的R和C值根據經驗進行優化，以便為ADC提供必需的帶寬、建立時間和驅動能力。如需具體建議，請參閱ADC數據手冊。

 

結束語

 

AD8475與AD825x係列PGIA相結合，可實現一種簡單靈活、高性能
、多功能的模擬前端。針對信號放大和衰減處理
，該模擬前端可以提供多種可編程的增益組合，從而優化不同的測量電壓範圍。AD825x的性能和可編程能力非常適合多路複用型測量係統，AD8475則(ze)能(neng)提(ti)供(gong)出(chu)色(se)的(de)接(jie)口(kou)來(lai)連(lian)接(jie)精(jing)密(mi)模(mo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)。兩(liang)種(zhong)放(fang)大(da)器(qi)協(xie)調(tiao)工(gong)作(zuo)以(yi)保(bao)持(chi)傳(chuan)感(gan)器(qi)信(xin)號(hao)的(de)完(wan)整(zheng)性(xing)，為(wei)工(gong)業(ye)測(ce)量(liang)係(xi)統(tong)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)高(gao)性(xing)能(neng)模(mo)擬(ni)前(qian)端(duan)。

 

有關AD8475用作精密逐次逼近型ADC驅動器的更多信息
，請參閱電路筆記CN-0180：用於工業級信號的精密、低功耗、單電源
、全集成差分ADC驅動器。

 

 

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