1、AD622低價(jià)格儀表放大器的特點(diǎn)及應(yīng)用四川省英世模擬器件有限公司(610041)吳星明摘要：介紹了 AD622儀表放大器的主要特點(diǎn)和使用方法，并指出AD622與 AD620及IN118的使用方法、弓I腳排列和功能完全相同，可以互換。最后給出單電源正負(fù)限輸出儀表放大器應(yīng)用實(shí)例。關(guān)鍵詞：儀表放大器低價(jià)格AD622是美國(guó)ADI公司1996年推出的一種低成本、中等精度的儀表放大器，它只需一只外接電阻便可設(shè)置21000范圍內(nèi)的任何增益。如果增益為1，無(wú)需外接電阻。AD622是一種完整的差分或減法放大系統(tǒng)，由于對(duì)內(nèi)部匹配電阻進(jìn)行了精密激光修整，所以具有優(yōu)良的線性度和共模抑制。一 RgLL -UNI 叵叵V

2、g 4AD622Rg+ VsOUTPUTREF圖1 AD622引腳排列AD622可以取代低價(jià)格、分立的雙運(yùn)放或三運(yùn)放結(jié)構(gòu)儀表放大器的設(shè)計(jì)方案，并且具有優(yōu)良 的共模抑制、線性度、溫度穩(wěn)定性、可靠性并節(jié)省印制線路板面積。為了達(dá)到必須考慮的價(jià) 格目標(biāo)，有了低價(jià)格的 AD622,則無(wú)需再用分立器件設(shè)計(jì)儀表放大器。1 AD622的主要特點(diǎn)AD622的工作原理、引腳排列及其功能與AD620完全相同，也是根據(jù)典型的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)改進(jìn)而成的一種單片儀表放大器。AD622有兩種封裝形式：一種是塑封 DIP,另一種是表面貼 SOIC封裝，其引腳排列如圖 1 所示，主要特點(diǎn)歸納如下。特點(diǎn)Burr Brown公司產(chǎn)品IN

3、118的改進(jìn)型低價(jià)格使用方便性能優(yōu)于自制的雙運(yùn)放或三運(yùn)放儀表放大器僅用一只外接電阻設(shè)置增益，范圍為21000單位增益無(wú)需外接電阻寬電源范圍：±26± 15V低功耗，電源電流最大 1 5mA8腳PDIP和SOIC封裝優(yōu)良的直流性能增益精度：015%(G=1)輸入失調(diào)電壓：最大輸入失調(diào)漂移：最大輸入偏置電流：最大250 卩 V20 卩 V/ ° C5 g A共模抑制比：最小 66dB(G=1)低噪聲輸入電壓噪聲：12nV/Hz，在1kHz時(shí);060 g V P P (01 10Hz，G=10)優(yōu)良的交流性能帶寬 800kHz(G=10)達(dá)01%建立時(shí)間10 g S(G

4、=1100)轉(zhuǎn)換速率12V/ g S應(yīng)當(dāng)指出的是，AD622有些技術(shù)指標(biāo)，例如共模抑制、線性誤差、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、參考輸入、電源等，優(yōu)于或等于 AD62Q有些技術(shù)指標(biāo)，如失調(diào)電壓、輸入電流、噪聲等，稍低于AD62Q但是AD622的價(jià)格比AD620便宜，所以AD622倍受用戶青睞。在精度要求不太高的一般應(yīng)用場(chǎng) 合，這兩種器件完全可以替換。另外，ADI公司的AD622儀表放大器是Burr Brown公司的INA118儀表放大器的改進(jìn)型，其技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1。這兩種器件的引腳排列及其功能完全兼容，用戶可以根據(jù)需要合理選擇 或相互替換。2 AD622的使用方法AD622主要用于傳感器接口、低價(jià)格熱電偶放大器

5、、工業(yè)過(guò)程控制、差分放大器及低價(jià)格數(shù) 據(jù)采集等。有關(guān)AD622的使用方法介紹如下。21增益電阻的選擇根據(jù)AD622的電路結(jié)構(gòu)，可以得到增益計(jì)算公式：G=(R 1 +R 2 )/RG +1，其中內(nèi)部增益電阻 R 1和R 2都調(diào)整到絕對(duì)值2525kQ，所以只需一只外接電阻R G便可準(zhǔn)確設(shè)置增益。增益電阻R G的選擇，按下式計(jì)算：R G =50.5k Q /(G-1)。AD622的增益通過(guò)外接電阻 R G進(jìn)行設(shè)置，或更準(zhǔn)確地說(shuō)，通過(guò)1腳和8腳之間的阻抗來(lái)確定。AD622的增益應(yīng)該設(shè)計(jì)成盡量接近 1%誤差標(biāo)準(zhǔn)電阻的整數(shù)值。應(yīng)該注意，對(duì)于G=1,引腳不連接(R G =叼。為了使增益誤差最小，以避免大的寄

6、生電阻串入R G，同時(shí)也為了使R G具有最表1 AD622與INA118技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表小的增益漂移，應(yīng)該選用模擬器件天地1997年第3期模擬器件應(yīng)用專(zhuān)文I"HHIIMNI*人電壓范幗a真慎川 毬文翱?jī)?GT電跨宅匡 樓歸e&ift電總工frAa爲(wèi)應(yīng)Lkr3 /"Vr-SJ- !r iII人'I V'i : I i-i注：FSR滿量程范圍G儀表放大器增益為了達(dá)到最佳性能，TC應(yīng)低于10ppm/ Co 22輸入和輸出失調(diào)電壓 AD622的輸入誤差和輸出誤差。當(dāng)折合到輸入端(RTI)時(shí)，輸出誤差除以增益。實(shí)際上，低溫度系數(shù) 仃C)的R G誤差很低，有兩個(gè)誤

7、差源：在高增益時(shí)，輸入誤差起主要作用；在低增益時(shí)，輸出誤差起主要作用。對(duì)給定增益，總失調(diào)電壓(V OS )由下式計(jì)算: 總誤差RTI=輸入誤差+輸出誤差/增益 總誤差RTO輸入誤差X增益+輸出誤差 其中RTO表示折合到輸出端。23參考端參考端電位確定零輸出電壓，當(dāng)負(fù)載與系統(tǒng)的底座不明確共地時(shí)特別有用。它提供一種對(duì)輸出引入精密補(bǔ)償?shù)闹苯臃椒?，其允許范圍為電源電壓以?xún)?nèi)的2V。為獲得最佳的共模抑制(CMR應(yīng)使寄生電阻最小。24輸入保護(hù)AD622的特點(diǎn)是在它的兩個(gè)輸入端內(nèi)部分別串聯(lián)一只400 Q薄膜電阻，這樣就可以安全地耐受輸入過(guò)載電壓高達(dá)± 25V或± 60mA長(zhǎng)達(dá)幾小時(shí)之久。對(duì)

8、于所有的增益并且當(dāng)電源接通和切斷時(shí)均有保護(hù)作用，在信號(hào)源和放大器分別供電的情況下尤為重要。對(duì)于連續(xù)輸入過(guò)載，電流不應(yīng)超過(guò)6mA(l IN <V IN /400 Q )。當(dāng)輸入電壓過(guò)載超過(guò)電源電壓時(shí)，把輸入電壓箝位到電源電壓(使用一個(gè)二極管，例如IN4148)，這樣減少 必要的電阻，從而產(chǎn)生較低的噪聲。25射頻干擾 所有的儀表放大器都能對(duì)帶外信號(hào)檢波。這些被檢波的信號(hào)在輸出端都呈現(xiàn)為直流失調(diào)誤差。為了防止進(jìn) 入差分輸入端的噪聲， 可采用一種低通濾波器， 如圖2所示。在儀表放大器的兩個(gè)輸入端連接一個(gè)電容器, 連同兩只外接電阻構(gòu)成一個(gè)差分低通濾波器。使用差分連接電容器帶來(lái)的好處是降低共模電容不

9、平衡，以 便維持高頻共模抑制。在傳感器是電阻溫度計(jì)(RTD)和電阻應(yīng)變計(jì)的應(yīng)用中，如果傳感器的物理位置靠近放 大器的輸入端，則這種低通濾波器中的電阻器可以省略。值得注意的是，電阻器的允許誤差圖3共模屏蔽驅(qū)動(dòng)電路TfJP 口圖5(a)變壓器耦合輸入偏置電流的接地回路圖5(b)熱電偶輸入偏置電流的接地回路r.ir圖5（c）交流耦合輸入偏置電流的接地回路配、布線不好及（由大電阻引起的）過(guò)量的熱噪聲都會(huì)降低這種濾波器的效果。在許多應(yīng)用中為減小噪聲使 用蔽屏電纜，在工作頻率范圍內(nèi)為達(dá)到最佳共模抑制（CMR）,對(duì)屏蔽電纜應(yīng)該適當(dāng)驅(qū)動(dòng)。圖3示出了一種有源防護(hù)驅(qū)動(dòng)的接線方法，通過(guò)“自舉”輸入屏蔽電纜電容來(lái)改善

10、交流共模抑制，從而使兩個(gè)輸入端之間的 電容失配最小。26接地因?yàn)锳D622的輸出電壓與參考端的電位有關(guān)，所以通過(guò)簡(jiǎn)單連接REF（參考端）至適當(dāng)?shù)木植拷拥攸c(diǎn)能夠解決許多接地問(wèn)題。但是為了得到最佳的CMR REF腳應(yīng)接到一個(gè)低阻抗接點(diǎn)為了使接地回路阻抗（以及直流誤差）減到最小，推薦使用接地平面。為了把很小的模擬信號(hào)與噪聲數(shù)字環(huán)境隔離，許多數(shù)據(jù)采集器件都把 模擬地和數(shù)字地引腳分開(kāi)（見(jiàn)圖4）。來(lái)自混合信號(hào)器件（例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的所有接地引腳都應(yīng)該通過(guò)“高 質(zhì)量”的模擬地平面返回。模擬地與數(shù)字地之間的最大隔離是通過(guò)連接在電源返回的接地平面實(shí)現(xiàn)的。來(lái) 自模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字返回電路沿著模擬地平面流動(dòng)，這樣通常

11、可以忽略噪聲對(duì)性能的影響。27輸入偏置電流接地回路 輸入偏置電流是加在運(yùn)算放大器三極管偏置輸入端所需要的電流。這種電流必須有一條直接返回路徑，因 此當(dāng)放大“浮動(dòng)”輸入信號(hào)源時(shí)，例如變壓器或交流耦合信號(hào)源，從每一個(gè)輸入端到地必須有一個(gè)直流路 徑，如圖5（a）,（b）,（c） 所示。3單電源正負(fù)限輸出儀表放大器從單電源、低電壓（5V或33V）條件下獲得高性能的線性電路，這種要求越來(lái)越強(qiáng)烈。雖然現(xiàn)在已有一些精密單電源運(yùn)算放大器，例如0P213 OP291和0P284以及一些高性能的單電源儀表放大器，例如 AMP04和AD626,但是具有最高性能的儀表放大器仍然是雙電源供電。要獲得高精度和單電源工作的

12、一種方法是利用通常的傳感器（例如應(yīng)變計(jì)）來(lái)提供一個(gè)以電源電壓（或參考電壓）中點(diǎn)為中心的輸出信號(hào)，其中信號(hào)調(diào)節(jié)放大器的輸入不能靠近“地”或正 電源電壓。在這種條件下，以電源中點(diǎn)為參考端的雙電源儀表放大器后面再接一個(gè)電源正負(fù)限運(yùn)算放大器（rail to rail amplifier）作為增益級(jí)，可以給出非常高的直流精度。圖6示出了一種以+5V單電源供電的這種高性能組合儀表放大器。這個(gè)電路用一只AD622低成本儀表放大器作為輸入級(jí)和一只AD822 JFET輸入的電源正負(fù)限輸出雙運(yùn)放作為輸出級(jí)。在這個(gè)電路中，R 1與R 2構(gòu)成一個(gè)分壓器，利用電位器 P 1進(jìn)行細(xì)調(diào)，它將5V電壓分壓到2 5V。將 這個(gè)

13、電壓加到AD822的其中一個(gè)運(yùn)放 A 1的輸入端進(jìn)行緩沖，形成低阻抗信號(hào)源，用以驅(qū)動(dòng)AD622的輸出參考端。AD622的參考輸入端具有10kQ的輸入電阻，所以輸入信號(hào)電流最大為200卩A。AD822的另一個(gè)運(yùn)放A2接成增益為3的反相器，并且使其輸出能達(dá)到±2 5V，即電源的正負(fù)限。但 AD622的輸出只能達(dá)到±083V。AD622這個(gè)輸出電壓范圍是它的正常工作范圍，因而保證了雙電源前端輸入級(jí)能達(dá)到很高的線性度。應(yīng)該注意到 ，最終輸出電壓的測(cè)量應(yīng)該相對(duì)+2 5V參考電壓而不是相對(duì)地。這種組合式儀表放大器的通用增益公式應(yīng)為：增益=(50 5kQ /R G +1)(R F /R I )AD822輸出級(jí)在增益高至300的情況下，具有好的瞬態(tài)響應(yīng)和超過(guò)100kHz的小信號(hào)帶寬。為減小噪聲干擾,建議在A 2的反饋電阻兩端并聯(lián)一只電容器，把電路的帶寬限制到感性趣的頻段。另外，為了防止輸入級(jí)的檢波效應(yīng)，在AD622的輸入端推薦使用一只可選的 1kHz濾波器。有關(guān)AD622的詳細(xì)技術(shù)資料及選購(gòu)業(yè)務(wù)請(qǐng)與北