精密放大器：零漂移特性和更寬電源電壓及輸入電壓范圍

寬電源及輸入電壓范圍放大器

相對于任何其它系統(tǒng)器件，更寬電源和輸入電壓范圍是精密運(yùn)算放大器的另一項(xiàng)關(guān)鍵要求，也是對運(yùn)算放大器的一個(gè)更大挑戰(zhàn)。在電力系統(tǒng)、汽車或大型電池組的系統(tǒng)中，放大器的輸入可能連接到幾百伏高壓，同時(shí)必須仍然在微伏范圍內(nèi)放大信號。此外，越來越多的系統(tǒng)采用更低的電壓供電，但輸入信號通常并不受系統(tǒng)供電電壓的限制，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過供電電壓的系統(tǒng)的情況并不少見，這對系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來挑戰(zhàn)。這些放大器需要具有更寬的電壓范圍、更穩(wěn)定的性能，需要集成輸入過壓保護(hù)、片內(nèi)電磁干擾濾波、更高的靜電放電抗擾度特性，以及更高的上電和掉電操作時(shí)防閂鎖的特性，以改進(jìn)系統(tǒng)性能、降低成本、提高魯棒性，同時(shí)簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。下面結(jié)合ADI近年來推出的幾款精密運(yùn)放解析寬電源及輸入電壓范圍運(yùn)放特點(diǎn)及應(yīng)用案例。

典型器件解析

ADA4096-2是一款寬電壓范圍的運(yùn)算放大器，具有軌到軌輸入/輸出范圍，工作電源范圍為3 V至30 V，功耗很低，因而非常適合監(jiān)控電池使用情況和控制電池充電。除了寬輸入范圍外，ADA4096-2是業(yè)界首款具有±30V以上過壓保護(hù)的精密運(yùn)放，具有獨(dú)特的輸入級，擁有過壓保護(hù)輸入和二極管，允許輸入電壓高于或低于供電軌32 V，而不會(huì)發(fā)生相位反轉(zhuǎn)或閂鎖，非常適合魯棒的工業(yè)應(yīng)用。

AD8276可采用2.0V至36V的單電源供電，輸入范圍很寬(輸入引腳端的最大電壓為-Vs~40V，最小電壓為+Vs~-40V，幾乎是供電電壓的兩倍，而AD8278/9的輸入范圍可以達(dá)到供電電壓的三倍)，在單電源供電下可以輸入負(fù)信號，使用非常方便。AD8276非常適合用于過程控制、電機(jī)控制和電源管理應(yīng)用中魯棒的電壓和電流感應(yīng)，該產(chǎn)品至推出開始其單通道低于1美元的前所未有的價(jià)格更突顯了性價(jià)比優(yōu)勢。另外，AD8276的最大靜態(tài)電源電流為200uA，非常適合電池供電的便攜式系統(tǒng)應(yīng)用。

AD8475是ADI公司去年推出的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(0.4或0.8倍)、共模電平轉(zhuǎn)換、單端差分轉(zhuǎn)換及輸入過壓保護(hù)等功能。AD8475在采用5 V單電源供電時(shí)，器件能夠耐受最高±15 V的工業(yè)輸入電壓。它提供一個(gè)完整的接口，使工業(yè)電平信號能夠直接兼容低壓、高性能16位或18位單電源逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的差分輸入范圍。

AD8476也是一款全差分精密放大器，結(jié)構(gòu)與AD8475類似，不同點(diǎn)是AD8476增益為1，非常適合用作驅(qū)動(dòng)低功耗、高性能ADC的單端轉(zhuǎn)差分或差分轉(zhuǎn)差分放大器。

典型應(yīng)用解析

標(biāo)準(zhǔn)單端工業(yè)信號電平(±5 V、±10 V或0 V至+10 V)與現(xiàn)代高性能16位或18位單電源SAR型ADC的差分輸入范圍并不直接兼容，需要使用適當(dāng)?shù)慕涌隍?qū)動(dòng)電路對工業(yè)信號進(jìn)行衰減、電平轉(zhuǎn)換和差分轉(zhuǎn)換，使其具有與ADC輸入要求相匹配的正確幅度和共模電壓。

圖3所示的電路實(shí)現(xiàn)了上述功能。AD8475可提供精密衰減(0.4倍或0.8倍)、共模電平轉(zhuǎn)換、單端差分轉(zhuǎn)換及輸入過壓保護(hù)等功能，這些特性很好地滿足了該電路的功能特性需求(注意，這里AD8475采用了5V供電)。

圖3：單端轉(zhuǎn)差分ADC驅(qū)動(dòng)器原理示意圖。

本文小結(jié)：

由于篇幅的限制，本文僅給出了部分代表性的產(chǎn)品。作為全球最大的放大器芯片提供商，ADI提供了最全面、特性豐富的精密運(yùn)算放大器，無論是低壓、高壓或是微功耗還是零漂移儀表放大器，數(shù)十個(gè)系列產(chǎn)品總能找到符合特定信號放大需求的最佳型號。