低成本寬電源范圍儀表放大器AD8226的特性與應(yīng)用

在電子設(shè)計領(lǐng)域，對于一款性能優(yōu)良的儀表放大器的需求始終存在。AD8226作為一款低成本、寬電源范圍的儀表放大器，憑借其獨特的特性和廣泛的應(yīng)用場景，成為工程師們的熱門選擇。下面我們就來深入了解一下AD8226的詳細(xì)信息。

文件下載：AD8226.pdf

一、AD8226的特性亮點

1. 增益設(shè)置簡單靈活

AD8226僅需一個外部電阻就能設(shè)置1到1000之間的任意增益，增益計算公式為 (G = 1 + frac{49.4 kOmega}{R_{G}}) 。當(dāng)不使用增益電阻時，默認(rèn)增益 (G = 1) 。這種簡單的增益設(shè)置方式為工程師在不同增益需求的設(shè)計中提供了極大的便利。

2. 寬電源范圍與輸入輸出特性

• 電源范圍：支持單電源2.2 V到36 V，以及雙電源 ±1.35 V到 ±18 V，適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 輸入特性：輸入電壓可以低于地電位，輸入保護(hù)能力強，能承受超出電源的電壓。例如，在 ±5 V 電源下，輸入能承受 ±35 V 電壓而不損壞。
• 輸出特性：具備軌到軌輸出能力，使信號能充分利用電源軌，在處理小信號時無需雙電源。

3. 良好的電氣性能

• 帶寬：在增益 (G = 1) 時，帶寬可達(dá)1.5 MHz，能滿足一定頻率范圍內(nèi)的信號處理需求。
• 共模抑制比（CMRR）：在 (G = 1) 時，BR 型號的 CMRR 最低為90 dB，有效抑制共模信號干擾。
• 輸入噪聲：輸入噪聲為22 nV/√Hz，典型電源電流為350 μA，在低噪聲和低功耗方面表現(xiàn)出色。
• 工作溫度范圍：指定工作溫度范圍為 -40°C 到 +125°C，適用于多種惡劣環(huán)境。

二、AD8226的應(yīng)用場景

1. 工業(yè)過程控制

在工業(yè)生產(chǎn)中，需要對各種參數(shù)進(jìn)行精確測量和控制。AD8226的寬電源范圍、高 CMRR 和低噪聲特性，使其能夠準(zhǔn)確放大來自傳感器的微弱信號，為工業(yè)過程控制提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

2. 橋路放大器

對于橋路傳感器輸出的小信號，AD8226可以進(jìn)行有效的放大。其輸入能承受超出電源的電壓，保證了在橋路應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性。

3. 醫(yī)療儀器

醫(yī)療儀器對信號的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性要求極高。AD8226的低噪聲、寬電源范圍和良好的溫度特性，使其能夠滿足醫(yī)療儀器對微弱生物電信號放大的需求。

4. 便攜式數(shù)據(jù)采集

在便攜式設(shè)備中，低功耗是關(guān)鍵因素。AD8226的低電源電流特性，使其非常適合用于便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，延長設(shè)備的電池續(xù)航時間。

5. 多通道系統(tǒng)

AD8226的 MSOP 封裝體積小，適合在空間受限的多通道系統(tǒng)中使用。同時，其最低增益為1，能輕松處理 ±10 V 信號，滿足多通道系統(tǒng)對信號處理的要求。

三、AD8226的工作原理與架構(gòu)

AD8226基于經(jīng)典的3運放拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包含前置放大器和差分放大器兩個階段。前置放大器提供差分放大，差分放大器去除共模電壓。

1. 第一階段（前置放大器）

為了保持偏置電阻 (R{B}) 上的恒定電壓，運放 A1 使節(jié)點 3 的電壓保持在正輸入電壓之上一個恒定的二極管壓降；同理，A2 使節(jié)點 4 的電壓保持在負(fù)輸入電壓之上一個恒定的二極管壓降。這樣，差分輸入電壓的副本就加在了增益設(shè)置電阻 (R{G}) 上，流經(jīng)該電阻的電流也會流經(jīng) R1 和 R2 電阻，從而在 A2 和 A1 的輸出之間產(chǎn)生放大的差分信號。同時，原始的共模信號也會存在，只是向上偏移了一個二極管壓降。

2. 第二階段（差分放大器）

由運放 A3 和四個 50 kΩ 電阻組成，其作用是從放大的差分信號中去除共模信號。AD8226的傳遞函數(shù)為 (V{OUT }=Gleft(V{IN+}-V{IN-}right)+V{REF}) ，其中 (G = 1 + frac{49.4 kOmega}{R_{G}}) 。

四、設(shè)計注意事項

1. 增益選擇

在選擇增益時，要考慮外部增益設(shè)置電阻 (R_{G}) 的公差和增益漂移對系統(tǒng)總增益精度的影響。當(dāng)需要增益為 5 且對增益漂移要求較高時，可以考慮使用 AD8227 。

2. 參考端子

參考端子 REF 必須由低阻抗驅(qū)動，其電位決定了輸出電壓。REF 端的額外阻抗會影響 CMRR ，因此源阻抗應(yīng)保持在 2 Ω 以下。

3. 輸入電壓范圍

AD8226的輸入電壓范圍受增益、共模輸入電壓、差分輸入電壓和參考電壓的影響。在設(shè)計時，可參考相關(guān)圖表和公式來確定輸入電壓范圍，為了獲得最佳性能，建議設(shè)計時預(yù)留幾百毫伏的余量。

4. 布局設(shè)計

• 共模抑制比：為了保持高的 CMRR ，輸入源阻抗和電容應(yīng)緊密匹配，輸入路徑中的額外源電阻應(yīng)靠近放大器輸入，增益設(shè)置引腳的寄生電容應(yīng)盡量小。
• 電源：應(yīng)使用穩(wěn)定的直流電壓為放大器供電，電源引腳的噪聲會影響性能，可在每個電源引腳附近放置 0.1 μF 電容，并在稍遠(yuǎn)處使用 10 μF 鉭電容。
• 輸入偏置電流返回路徑：輸入偏置電流必須有返回地的路徑，當(dāng)源無法提供返回路徑時，需要人為創(chuàng)建。

5. 輸入保護(hù)與射頻干擾抑制

• 輸入保護(hù)：AD8226本身輸入保護(hù)能力強，但在遇到超出允許范圍的電壓時，可使用外部限流電阻和低泄漏二極管鉗位。
• 射頻干擾（RFI）：在強 RF 信號環(huán)境中，可在放大器輸入處使用低通 RC 網(wǎng)絡(luò)過濾高頻信號，以減少 RF 整流帶來的干擾。

五、AD8226的應(yīng)用電路示例

1. 差分輸出電路

通過配置 AD8226 和運算放大器，可以實現(xiàn)差分輸出。差分輸出電壓由 (V_{DIFFOUT }=V{OUT+ }-V{OUT- }=Gain × left(V{IN+}-V{IN-}right)) 確定，共模輸出電壓由 (V{CMOUT }=left(V{OUT+ }+V{OUT- }right) / 2=V{BIAS }) 確定。為了獲得最佳的交流性能，建議選擇增益帶寬至少為 2 MHz、壓擺率為 1 V/μs 的運算放大器。

2. 驅(qū)動 ADC 電路

根據(jù)不同的應(yīng)用需求，有三種驅(qū)動 ADC 的電路方案：

• 驅(qū)動低頻信號：使用電容為 ADC 采樣電容提供電荷，電阻保護(hù) AD8226 免受電容影響，適用于低頻信號。
• 驅(qū)動高頻信號：使用具有較高帶寬和輸出驅(qū)動能力的精密運算放大器，適用于高頻應(yīng)用。
• 保護(hù) ADC 免受大電壓影響：在 AD8226 輸出可能超出 ADC 電源范圍的情況下，使用電阻限制流入運算放大器的電流，保證系統(tǒng)的安全性。

AD8226以其豐富的特性和廣泛的應(yīng)用場景，為電子工程師在信號放大和處理領(lǐng)域提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇增益、注意布局和保護(hù)措施，以充分發(fā)揮 AD8226 的性能優(yōu)勢。大家在使用 AD8226 的過程中，有沒有遇到過一些獨特的問題或者有一些特別的設(shè)計思路呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。