4 低功耗儀表放大器AD627特點及性能

　　AD627是一種低功耗的儀表放大器。他采用單、雙兩種電源供電，并可實現軌-軌輸出。AD627在85 uA的電流下即可正常工作，并具有極佳的交流和直流特性。AD627采用工業標準8腳封裝，引腳排列圖如圖2所示。

　　AD627的最大特點是允許用戶使用一個外部電阻器來設定增益。AD627的失調電壓、失調漂移、增益誤差和增益漂移均較低，因此，AD627可將用戶系統的直流誤差降到最低。由于有較好的高頻共模抑制比，AD627可保持最小的高頻誤差，也正是因為AD627具有較高的CMRR特性(可高達200 Hz)，從而使得傳輸線干擾和傳輸線諧波等都被排斥掉了。AD627采用真正的儀用放大器結構，他有兩個反饋環。其基本結構和典型的“雙運放”儀用放大器類似，只是細節有所不同。另外，AD627所具有的一個“電流反饋”結構，使得AD627具有較好的共模抑制比。AD627的基本電路見圖3所示。其中A1與V1，R5構成了第一個反饋回路，通過該回路可在Q1上得到穩定的集電極電流(假設增益設定電阻此時不存在)。電阻R1和R2組成的反饋環可使A1的輸出電壓和反向端電壓相等。通過A2可形成另一個幾乎完全相同的反饋環，他可使Q2的電流和Q1相等，同時A2還可提供輸出電壓。當兩個環平衡時，同向端到VOUT的增益為5，A1輸出到VOUT的增益為-4，A1的反向端增益是A2增益的1.25倍。AD627差動模式時的增益為1+R4/R3，額定值為5。AD627是通過電阻RG來設定增益的。

　　增益G的設定可按下式確定：G=5+(200 kΩ/RG)可以看出：AD627的最小增益為5(RG=∞時)，在其增益精確度為0.05%～0.7%時，應使用0.1%的外部增益設置電阻以避免全增益誤差的較大衰減。另外，增益設置電阻RG的選擇可以從標準設置電阻表中選取最接近的值。分并檢單雙電源供電的軌一軌儀用放大器AD627比分立元器設計的放大器具有較好的直流交流性能，并且可以方便的用外部電阻設定增益，因而是傳感器信號檢測的較好選擇。

　　5 儀表放大器RFI抑制電路設計

　　微功耗儀表放大器AD627易受RF整流的影響，需要更具魯棒性的濾波器。AD627具有低輸入級工作電流。簡單地增加兩個輸入電阻器R1a和R1b的值或電容器C2的值，會以減小信號帶寬為代價提供進一步的RF衰減。由于AD627儀表放大器具有比通用IC(例如，AD620系列器件)更高的噪聲(38 nV/Hz)，所以可以使用較高的輸入電阻器而不會嚴重降低電路的噪聲性能。為了使用較高阻值的輸入電阻器，設計出RC RFI電路，如圖4所示。濾波器的帶寬大約為200 Hz。在增益為100的條件下，1 Hz～20 MHz輸入范圍內施加1 Vp-p輸入信號，RTI最大DC失調漂移大約為400 uV。在相同增益條件下，該電路的RF信號抑制能力(輸出端的RF幅度/施加到輸入端的RF幅度)優于61 dB。如圖4所示：

　　6 差分模擬多路復用器ADG707介紹

　　ADG707是8 to 1差分輸入模擬多路復用器，低導通電阻小到2.5 Ω，40 ns開關時間，低電壓供電+1.8～+5.5 V，在視頻音頻開關，數據保持系統，通信系統等領域有非常廣泛的應用。在本系統中使用3.3 V的電壓供電，以符合整個系統的電源分配。由于本系統所使用的傳感器信號都是小信號能滿足ADG707的工作要求。

　　7 AD7656的電路配置

　　電流型傳感器的信號是通過上述儀表放大器調理電路轉化為電壓信號的，電壓型傳感器信號可以直接通過運算放大器(例如，AD8021)輸入AD7656。本系統使用16 b ADC AD7656，能滿足系統的高精度要求，同時系統中所采用的傳感器信號的更新頻率都比較低，最大不超過20 kHz，而AD7656的采樣頻率為250 kb/s，顯然能滿足要求。AD7656可以進行6路同步采樣對于擴展傳感器的個數提供了非常大的余地。AD7656的電路配置如圖5所示：

　　8 結語

　　設計考慮在儀表放大器的電路設計中，以下一些實際問題需要考慮：

　　(1)AD627的增益是通過改變編程電阻RG實現的。為了使AD627的輸出電壓增益精確，應使用誤差小于0.1% ～1%的電阻；同時，為了保持增益的高穩定性，避免高的增益漂移，應選擇低溫度系數的電阻。

　　(2)由于AD627的輸出電壓為相對于基準端的電壓，為獲得較高的共模抑制比，REF引腳應連接于低阻抗點。

　　(3)所有的儀表放大器都能將通帶外的高頻信號整流；整流后，這些信號在輸出中表現為直流失調誤差。可以設計一個低通濾波器防止不必要的噪聲到達差分輸入端。在很多應用中，屏蔽電纜被用來減少噪聲；為了在整個頻率范圍內得到最好的共模抑制比，屏蔽層必須正確連接。在本文中，結合本人的工作實際詳細說明了基于儀表放大器的傳感器信號調理電路設計，并對容易遇到的問題進行了剖析，從工程的角度提供了一種行之有效的方案。