輸入電壓范圍和帶寬 - 數(shù)據(jù)采集應(yīng)用：可編程增益儀表放大器設(shè)計(jì)

　　能力：輸入電壓范圍和帶寬

　　采用±15 V電源供電時(shí)，AD825x系列PGIA的最大輸入電壓范圍約為±13.5 V（AD8250和AD8251提供最高超過電源軌13 V的額外過壓保護(hù)）。在本應(yīng)用中，對(duì)PGIA輸入電壓范圍的有效限制由ADC輸入的滿量程電壓范圍和從傳感器到ADC的信號(hào)路徑增益設(shè)置。例如，18位2 MSPS PulSAR ADCAD7986采用2.5 V單電源供電，典型基準(zhǔn)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(shè)置為0.4，即AD825x的增益為1，AD8475的增益為0.4，則系統(tǒng)可以處理的輸入信號(hào)最大幅度為±10.24 V。

　　為了確定系統(tǒng)所需的增益設(shè)置組合，應(yīng)考慮ADC （VFS）的滿量程輸入電壓以及傳感器預(yù)計(jì)會(huì)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(shí)間：對(duì)于10 V輸出電壓躍遷，AD8250的0.001%（16位）建立時(shí)間為615 ns。

　　AD825x壓擺率：AD825x的壓擺率在20 V/μs到30 V/μs之間，具體取決于增益設(shè)置。AD8475的壓擺率為50 V/μs，因此系統(tǒng)受限于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，用于限制ADC輸入端的信號(hào)帶寬，防止混疊，并提高信號(hào)鏈的信噪比（詳情參閱放大器和ADC的數(shù)據(jù)手冊(cè)）。

　　ADC采樣速率：AD8475可以驅(qū)動(dòng)最高4 MSPS的18位分辨率轉(zhuǎn)換器。

　　許多數(shù)據(jù)采集和過程控制系統(tǒng)需要測(cè)量壓力、溫度和其它低頻輸入信號(hào)，因此前端放大器的直流精度和溫度穩(wěn)定性對(duì)于系統(tǒng)性能至關(guān)重要。許多應(yīng)用使用多個(gè)傳感器，這些傳感器以輪詢方式多路復(fù)用連接到放大器輸入端。通常而言，輪詢頻率遠(yuǎn)大于目標(biāo)信號(hào)的帶寬。當(dāng)多路復(fù)用器從一個(gè)傳感器切換到另一個(gè)傳感器時(shí)，放大器輸入端經(jīng)歷的電壓變化是未知的，因此設(shè)計(jì)必須考慮最差情況——滿量程電壓躍遷。放大器必須能夠在所分配的切換時(shí)間內(nèi)從該滿量程躍遷完成建立，該建立時(shí)間還必須短于ADC采集信號(hào)所需的建立時(shí)間。

　　在AD8475與ADC輸入端之間，建議使用一個(gè)抗混疊濾波器（AAF），以便對(duì)提供給ADC輸入端的信號(hào)和噪聲帶寬進(jìn)行限制，防止不需要的混疊效應(yīng)，并提高系統(tǒng)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(guān)電容輸入端之間提供某種隔離。AAF通常利用簡單的RC網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，如圖1中所示。濾波器帶寬通過下式計(jì)算：

　　許多情況下，該濾波器的R和C值根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，以便為ADC提供必需的帶寬、建立時(shí)間和驅(qū)動(dòng)能力。如需具體建議，請(qǐng)參閱ADC數(shù)據(jù)手冊(cè)。

　　結(jié)束語

　　AD8475與AD825x系列PGIA相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)一種簡單靈活、高性能、多功能的模擬前端。針對(duì)信號(hào)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(yōu)化不同的測(cè)量電壓范圍。AD825x的性能和可編程能力非常適合多路復(fù)用型測(cè)量系統(tǒng)，AD8475則能提供出色的接口來連接精密模數(shù)轉(zhuǎn)換器。兩種放大器協(xié)調(diào)工作以保持傳感器信號(hào)的完整性，為工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)提供一個(gè)高性能模擬前端。