高精度數(shù)據(jù)采集放大器AD522及其應(yīng)用

摘要：AD522是AD公司推出的高精度數(shù)據(jù)采集放大器，利用它可在惡劣工作環(huán)境下獲得高精度數(shù)據(jù)。文中介紹了其主要特點(diǎn)，給出了AD522的典型應(yīng)用電路，并對AD522在特殊應(yīng)用情況下漂移、增益、共模擬制比的調(diào)整方法作了說明，最后還指出了AD522的誤差形成原理及調(diào)整方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集 放大器 共模抑制比 漂移 AD522

1 概述

AD522集成數(shù)據(jù)采集放大器可以在環(huán)境惡劣的工作條件下進(jìn)行高精度的數(shù)據(jù)采集。它線性好，并具有高共模抑制比、低電壓漂移和低噪聲的優(yōu)點(diǎn)，適用于大多數(shù)12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。AD522通常用于電阻傳感器（電熱調(diào)節(jié)器、應(yīng)變儀等）構(gòu)成的橋式傳感器放大器以及過程控制、儀器儀表、信息處理和醫(yī)療儀器等方面。

AD522具有如下特性：

●低漂移：2.0μV/℃(AD522B)；

●非線性低：0.005%（G=100）；

●高共模抑制比：>110dB(G=1000)；

●低噪聲：1.5μVp-p(0.1～100Hz)；

●單電阻可編程增益：1≤G≤1000；

●具有輸出參考端及遠(yuǎn)程補(bǔ)償端；

●可進(jìn)行內(nèi)部補(bǔ)償；

●除增益電阻外，不需其它外圍器件；

●可調(diào)整偏移、增益和共模抑制比。

AD511采用14腳DIP封裝，其結(jié)構(gòu)外形和常用的AD521相似。圖1給出了AD522的引腳排列。表1是各引腳的功能說明。

表1 引腳功能說明

2 AD522的主要特性

AD522可以提供高精度的信號調(diào)理，它的輸出失調(diào)電壓漂移小于1V/℃，輸入失調(diào)電壓漂移低于2.0μV/℃,共模抑制比高于80dB(在G=1000時為110dB)，G=1時的最大非線性增益為0.001%，典型輸入阻抗為10 9Ω。

AD522使用了自動激光調(diào)整的薄膜電阻，因而公差小、損耗低、體積小、性能可靠。同時，AD522還具有單片電路和標(biāo)準(zhǔn)組件放大器的最好特性，是一種高性價比的放大器。

為適應(yīng)不同的精確度要求和工作溫度范圍，AD522提供有三種級別。其中“A”和“B”為工業(yè)級，可用于-25～+85℃?！癝”為軍事級，用于-55～+125℃。AD522可以提供四種漂移選擇。輸出失調(diào)電壓的最大漂移隨著增益的增加而增加。失調(diào)電流漂移所引起的電壓誤差等于失調(diào)電流漂移和不對稱源電阻的乘積。

另外，AD522的非線性增益將隨關(guān)閉環(huán)增益的降低而增加。

AD522放大器的共模抑制比的測量環(huán)境條件為±10V,使用阻值為1kΩ的不對稱電阻。在低增益情況下，共模抑制比主要取決于薄膜電阻的穩(wěn)定性，但由于增益帶寬的影響，AD522在60Hz以下頻率時相對比較恒定。但在有限的帶寬中，AD522的相移將隨著直流共模抑制比的升高而增加。

在動態(tài)性能方面，AD522的穩(wěn)定時間、單位增益帶寬和增益成正比。

3 應(yīng)用

3.1 典型應(yīng)用

圖2是AD522應(yīng)用于橋型放大電路時的典型電路圖。該電路可在低電壓、高阻抗、大噪聲的環(huán)境中獲得最佳性能。當(dāng)然，這需要正確的屏蔽和接地。在圖2電路中，信號地和AD522直接連接，從而形成了輸入放大器的偏置電流回路。用戶在設(shè)計時，可以像圖2所給電路那樣直接連接，也可以通過小于1MΩ的電阻間接連接。

為了降低噪音，輸入管腳和增益電阻應(yīng)被屏蔽。利用自舉電路可實(shí)現(xiàn)無源數(shù)據(jù)的保護(hù)以改善交流共模抑制比。這種方法可減小差分相移，同時也可抑制系統(tǒng)帶寬下降。

利用圖2這種平衡設(shè)計不需使用外部旁路電容就可以獲得較理想的性能。但如果信號源被置于遠(yuǎn)處（10英尺或更遠(yuǎn)）或者攜帶超過幾千毫伏的噪聲時，就需要使用旁路電容來獲得更好的性能。

參考端和補(bǔ)償端可以對遠(yuǎn)距離負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償，也可用于調(diào)整共模抑制比、增加輸出電路自舉和調(diào)整輸出漂移。

使用時，RG應(yīng)盡量靠近AD522，過長的導(dǎo)線會增加寄生電容而產(chǎn)生相移，從而導(dǎo)致高頻部分的共模抑制比降低。

當(dāng)頻率低于10Hz時，接在遠(yuǎn)處的RG不會引起穩(wěn)定性問題。在G=1時，RG引間的200MΩ漏電阻抗會引起0.1%的增益誤差。

3.2 特殊應(yīng)用

在調(diào)整漂移和增益時，由RG來決定增益精度。RG建議使用溫度系數(shù)為10ppm/℃的精密電阻。漂移和增益是由激光調(diào)整的，因而能適合大多數(shù)應(yīng)用情況。如果需要進(jìn)一步調(diào)整，可通過一電位器來進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是必須使用高質(zhì)量（25ppm）的電位器以保證電壓漂移特性。

共模抑制比的調(diào)整可按圖3所示電路來進(jìn)行。利用該電路可以在低增益下將一個很小的共模抑制比增高到10dB。輸入低頻率的峰峰值為20V的信號需經(jīng)過兩個等效源電阻Rs，調(diào)整圖3中的電位器可使放大器的交流輸出為零。

補(bǔ)償輸出可以通過遠(yuǎn)距離負(fù)載補(bǔ)償或輸出電流自舉來實(shí)現(xiàn)。使用圖4電路可在閉環(huán)時使自舉漂移誤差降。不用時，補(bǔ)償輸出端應(yīng)接輸出端。

3.3 誤差調(diào)整

AD522所提供的0～1V輸出電壓無靜差變頻器是一個1kΩ的不平衡源。AD522B的工作溫度范圍在0～50℃時精度較高。表2列出了誤差源及共對系統(tǒng)精度的影響。

表2 誤差源對系統(tǒng)精度的影響

當(dāng)對絕對精度的影響不超過±0.2%時，允許使用8位校準(zhǔn)操作。在計算機(jī)或微處理器控制的數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)中，自動再調(diào)整操作可使增益和失調(diào)漂移產(chǎn)生的噪聲值為零。此時，失真和共模抑制比是僅有的誤差源。在這種情況下，使用12位操作可達(dá)到預(yù)期目的。

下面對AD522的三種常見誤差進(jìn)行說明：

（1）增益誤差

通過調(diào)整RG可使絕對增益誤差為0。在超出工作溫度范圍時，內(nèi)部電阻的變化會引起增益漂移。但由于增益漂移的影響是線性的，因而不會降低分辨率。一個“智能”系統(tǒng)在自動循環(huán)校正過程中一般可以對這些誤差進(jìn)行較正。在G=10時，AD522的非線性增益不會超過0.002%。

（2）失調(diào)漂移和引線電流誤差

AD522的輸入部分采取了專門的措施來降低失調(diào)漂移。當(dāng)傳感器不平衡阻抗小于2kΩ時，失調(diào)電流漂移引起的誤差遠(yuǎn)小于失調(diào)電壓漂移引起的誤差，因而可以忽略。在大多數(shù)應(yīng)用中，雖然補(bǔ)始補(bǔ)償電壓是由激光置零的，但在進(jìn)一步校正初始系統(tǒng)偏置電壓時仍需要采取其它措施。在以上例子中，總補(bǔ)償偏置漂移只有±0.014%，因此不會影響分辨率（可由自動循環(huán)校正調(diào)整實(shí)現(xiàn)）。

（3）共模抑制比和噪聲誤差

因?yàn)楣材Ｒ种票群拖到y(tǒng)的噪聲引起的誤差不能校正，所以對共模抑制比和系統(tǒng)的噪聲特性必須有嚴(yán)格的要求。AD522的共模電阻是通過自動激光調(diào)整的薄膜電阻，其穩(wěn)定性很好。但是，有必要進(jìn)行有規(guī)律的再校準(zhǔn)以保持性能。在一般情況下，未經(jīng)過調(diào)整的共模抑制比和噪聲引起的誤差占整個增益的±0.0065%，因此這也是分辨誤差的主要原因之一。