適合寬動態(tài)范圍信號調(diào)理的靈活4通道模擬前端

圖1所示電路是一種靈活的信號調(diào)理電路，用于處理寬動態(tài)范圍（從幾mV p-p到20 V p-p）的信號。該電路利用高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的內(nèi)部可編程增益放大器（PGA）來提 供必要的調(diào)理和電平轉(zhuǎn)換并實現(xiàn)動態(tài)范圍。

在過程控制和工業(yè)自動化應(yīng)用中，±10 V滿量程信號非常常見；然而，有些情況下，信號可能小到只有幾mV。用現(xiàn)代低壓ADC處理±10 V信號時，必須進行衰減和電平轉(zhuǎn)換。但是，對小信號而言，需要放大才能利用ADC的動態(tài)范圍。因此，在輸入信號的變化范圍較大時，需要使用帶可編程增益功能的電路。

此外，小信號可能具有較大的共模電壓擺幅；因此需要較高的共模抑制（CMR）性能。在某些源阻抗較大的應(yīng)用中，模擬前端輸入電路也需要具有高阻抗。

圖1. 適合寬工業(yè)范圍信號調(diào)理的靈活模擬前端電路

圖1所示電路解決了所有這些難題，并提供了可編程增益、高CMR和高輸入阻抗。輸入信號經(jīng)過4通道ADG1409 多路復(fù)用器進入 AD8226低成本、寬輸入范圍儀表放大器。AD8226 提供高達80dB的高共模抑制（CMR）和非常高的輸入阻抗（差模800M和共模400M）。寬輸入范圍和軌到軌輸出使得AD8226可以充分利用供電軌。

AD8475是一款全差分衰減放大器，集成精密增益電阻，可提供精密衰減（G=0.4或G=0.8）、共模電平轉(zhuǎn)換及單端差分轉(zhuǎn)換功能AD8475是一種易于使用、完全集成的精密增益模塊，采用單電源供電時，最高可處理±10 V的信號電平。因此，AD8475適用于衰減來自AD8226且最高20Vp-p的信號，同時維持高CMR性能并提供差分輸出來驅(qū)動差分輸入ADC。

AD7192是一款內(nèi)置PGA的24位ADC。片內(nèi)低噪聲增益級（G=1、8、16、32、64或128）意味著可直接向該ADC輸入小信號。

結(jié)合上述器件，對幅度會變化的信號而言，該電路可以提供非常好的性能且易于配置。該電路適合工業(yè)自動化、過程控制、儀器儀表和醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用。

電路描述

該電路包含一個ADG1409多路復(fù)用器、一個AD8226儀表放大器、一個AD8475差動放大器、一個AD7192Σ-Δ型ADC（帶 ADR444基準電壓源）以及 ADP1720穩(wěn)壓器。只需少量外部元件來提供保護、濾波和去耦，使得該電路具有高集成度，而且所需的電路板（印刷電路板［PCB］）面積較小。

穩(wěn)壓器和基準電壓源的選擇

該電路選擇ADP1720-5作為5 V穩(wěn)壓器。它是一款高壓、微功耗、低壓差線性穩(wěn)壓器，適合工業(yè)應(yīng)用。

該電路選擇4.096V ADR444作為基準電壓源。它是一款超低噪聲、高精度、低壓差器件，特別適合高分辨率、∑-△型ADC和精密數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

輸入開關(guān)和保護

ADG1409 多路復(fù)用器擁有2位二進制地址線，可用于選擇四種可能的輸入通道之一。該設(shè)計還包括外部保護功能，如標準二極管和瞬態(tài)電壓抑制器，用以增強電路的魯棒性。這些在圖1中并未顯示，但是在CN0251設(shè)計支持包的詳細原理圖及其它文檔中有所展示。