电路功能及优点

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图1所示的电路是处理宽动态范围的灵活信号调节电路(从几个方面)mV p-p到20 V p-p）信号。该电路采用高分辨率模数转换器（ADC）内部可编程增益放大器（PGA）提供必要的调节和电平转换，实现动态范围。

在过程控制和工业自动化应用中，±10 V满量程信号非常常见；然而，有些情况下，信号可能小到只有几mV。用现代低压ADC处理±10 V衰减和电平转换必须在信号中进行。但是，对于小信号，需要放大才能使用ADC动态范围。因此，当输入信号变化较大时，需要使用具有可编程增益功能的电路。

此外，小信号可能有较大的共模电压摆幅；因此，需要较高的共模抑制（CMR）性能。模拟前端输入电路在某些源阻抗较大的应用中也需要高阻抗。

图1. 灵活模拟前端电路，适用于宽工业范围信号调理

图1所示的电路解决了所有这些问题，并提供了高可编程增益CMR和高输入阻抗。输入信号经过4通道ADG1409 多路复用器进入 AD8226低成本、宽输入范围仪表放大器。AD8226低成本、宽输入范围仪表放大器。AD8226提供高达80dB高共模抑制（CMR）输入阻抗很高(差模800ΩM和共模400ΩM）。宽输入范围和轨道输出AD供电轨道可充分利用。

AD8475是一种集精密增益电阻于一体的全差分衰减放大器（G=0.4或G=0.8)共模电平转换和单端差分转换功能。AD8475是一种易于使用、完全集成的精密增益模块。当单电源供电时，最高可处理±10 V信号电平。因此，AD8475适用于衰减AD8226且最高20Vp-p的信号，同时维持高CMR性能并提供差异输出驱动差异输入ADC。

AD7192是一款内置PGA的24位Σ-Δ型ADC。片中低噪声增益级（G = 1、8、16、32、64或128ADC输入小信号。

结合上述设备，该电路可以提供非常好的性能和易于配置的信号。该电路适用于工业自动化、工艺控制、仪器和医疗设备。

电路描述

该电路包含一个ADG1409多路复用器，一个AD8226仪表放大器，一个AD8475差动放大器，一个AD7192Σ-Δ型ADC（使用ADR444基准电压源 ADP1720稳压器。保护、滤波和去耦只需要少量外部元件，使电路集成度高，所需电路板(印刷电路板PCB)面积小。

稳压器和基准电压源的选择

该电路选择ADP1720-5AD中国官网作为5 V稳压器。它是一种适合工业应用的高压、微功耗、低压差线性稳压器。

该电路选择4.096VADR444作为基准电压源。特别适用于高分辨率、高精度、低压差设备∑-△型ADC以及精密数据采集系统。

输入开关和保护

ADG1409 多路复用器有两位二进制地址线，可用于选择四种可能的输入通道之一。该设计还包括标准二极管和瞬态电压抑制器等外部保护功能，以增强电路的鲁棒性。这些没有显示在图1中，但在图1中CN显示了0251设计支持包的详细原理图等文档。

ADG多路复用器配置为接收四路差分输入信号：（VS1A−VS1B）、（VS2A−VS2B）、（VS3A−VS3B）和（VS4A−VS4B）。输出多路复用器（DA和DB）施加于 AD8226仪表放大器输入端。

AD8226输入仪器放大器

外部RG电阻设置AD8226增益。对于电路，省略了RG，仪表放大器级增益为1。AD8226的输出为VSxA–VSxB，x是输入通道编号。

AD8226差分输入由两个4输入.02k电阻和一个10nF过滤电容器，这些电阻和电容器的截止频率为2.0kHz的单极点RC滤波器。两个1nF电容器的截止频率为40kHz共模滤波。

AD7192ADC PGA增益配置

AD7192配置来自接收差分模拟输入AD8475差分输出信号。 AD7192满量程输入范围为±VREF/增益，其中±VREF=REFINx（ ）-REFINx（-）。

AD当7192中的缓冲器使能时，输入通道将驱动缓冲放大器的高阻抗输入水平，该模式下的绝对输入电压范围将限制在AGND 250mV至AVDD-250mV。缓冲器输出将在增益级使能后施加PGA在输入端，模拟输入范围必须限制在±（AVDD-1.25V）因为PGA需要额外的裕度。因此，采用4.096V基准电压源和5V当电源被充分利用时，为了ADC动态范围可根据表1所示衰减或放大信号。

表1. AD8475和 AD7192内置PGA各输入范围增益配置

差分衰减放大器

为了驱动低压ADC，±0V或±5V需要衰减和电平转换信号。如果差动放大器配置与精密电阻配合使用，必然会导致电阻失配CMR性能下降。AD集成精密激光调节匹配电阻的8475电平转换器/衰减器可以保证低增益误差和低增益漂移(最大33ppm/°C）和高CMR特性。

AD8475为0.4和00提供了两个引脚可选的增益选项.8。VOCM引脚用于调整精密电平转换的输出共模电压，以匹配ADC输入范围，最大限度地发挥动态范围。该引脚可悬挂，内部偏置采用精密分压器，电源与地面之间有两个200M中间电源电压由电阻组成。

两个100电阻和一个100电阻F单极点差由电容组成RC滤波器充当AD7192抗混叠降噪滤波器截止频率为800Hz。两个10nF电容提供的截止频率为160kHz共模滤波。

滤波器、输出数据速率和建立时间

AD7192Σ-Δ型ADC由调制器和数字滤波器组成。输出数据速率（fADC）和建立时间（tSETTLE）与滤波器配置和斩波配置有关。表2显示了不同配置下的输出数据速率和建立时间计算。

表2. 输出数据速率和不同配置的建立时间

布局考虑

该电路或任何其他高速/高分辨率电路的性能都高度依赖于适当性PCB布局，包括但不限于电源旁路、信号路由和适当的电源层和接地层。PCB详见指南 MT-031和MT-101以及“ 高速印刷电路板布局实用指南”一文。

系统性能

24位AD7192 Σ-Δ 型ADC它可以在电路中提供很好的性能。Σ-Δ 型ADC更多细节， 请参见指南 MT-022 和 MT-023。

配置为斩波禁用，输出数据速率为4.7 Hz、增益为1，用一个SINC在4个滤波器的情况下，噪声性能，500个样本的噪声分布直方图。该电路测得的峰值噪声约为 3.9 μV(见图2)均方根噪声为860 nV。这相当于峰值(无噪声码)分辨率20位，均方根分辨率23位。表3显示斩波禁用和使用SINC在某些数据速率和增益设置条件下，4滤波器AD7192均方根噪声。

图2. 噪声输出（VREF = 4.096 V， AVDD = 5 V， Output Data Rate = 4.7 Hz， a Rate = 4.7 Hz，

图3. 噪声直方图（VREF = 4.096 V，AVDD =5 V，输出数据速率 = 4.7Hz，增益 = 禁用斩波，SINC4滤波器）

表3. 禁用斩波并使用一个SINC在不同的输出数据速率和增益设置条件下，4滤波器AD7192系统均方根分辨率(减去2.7位以获得峰值或无噪声码分辨率)

常见变化

其它集成可以使用PGA分辨率较低的24位或24位Σ-Δ型ADC，例如AD7190、AD7193、AD7797和 AD7799。如果不需要衰减输入信号， 功耗低于AD8475 的 AD8476。

可应用于无衰减和高输入阻抗AD7192 直接连接到传感器，以避免模拟前端调节电路引入的噪声。比如满量程输出电压小的称重传感器不需要衰减，可以直接连接到AD7192 差分输入端(见 CN-0102、 CN-0107、 CN-0108、 CN-0118、 CN-0119和 CN-0155）