低功耗寬電源范圍差分放大器AD8278/AD8279的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，尋找一款性能卓越、功耗低且成本合理的差分放大器至關(guān)重要。AD8278和AD8279就是這樣兩款值得關(guān)注的通用型差分放大器，它們?cè)趯?duì)功率要求苛刻的應(yīng)用場(chǎng)景中，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的信號(hào)調(diào)理。

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產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)

獨(dú)特特性

• 寬輸入范圍：輸入范圍能夠超出電源，這一特性使得它在處理超出常規(guī)電源范圍的信號(hào)時(shí)表現(xiàn)出色。
• 堅(jiān)固的輸入過(guò)壓保護(hù)：內(nèi)置的ESD二極管為輸入提供了過(guò)壓保護(hù)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性。其輸入電壓安全范圍為+VS - 40 V至 -VS + 40 V。
• 低功耗：每放大器的最大電源電流僅為200 μA，在2.5 V電源下的功耗低至0.5 mW，非常適合電池供電和便攜式系統(tǒng)。
• 高帶寬：在增益為1/2時(shí)，帶寬可達(dá)1 MHz，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用的動(dòng)態(tài)性能需求。
• 出色的共模抑制比（CMRR）：在直流至20 kHz的范圍內(nèi)，B級(jí)產(chǎn)品的CMRR最低可達(dá)80 dB，有效抑制共模信號(hào)的干擾。
• 低漂移：B級(jí)產(chǎn)品的失調(diào)電壓漂移最大為±1 μV/°C，增益漂移最大為1 ppm/°C，確保了在不同溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性能。
• 增強(qiáng)的壓擺率：壓擺率達(dá)到1.4 V/μs，能夠快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化。
• 寬電源范圍：支持單電源2 V至36 V，或雙電源±2 V至±18 V，還能使用不平衡電源，為設(shè)計(jì)提供了更多的靈活性。

封裝形式多樣

AD8278有節(jié)省空間的8引腳MSOP和SOIC封裝，AD8279則采用14引腳SOIC封裝，并且兩款產(chǎn)品都能在 -40°C至 +85°C的工業(yè)溫度范圍內(nèi)保證性能，同時(shí)完全符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

工作原理與性能分析

電路結(jié)構(gòu)

每個(gè)通道由一個(gè)低功耗、低噪聲的運(yùn)算放大器和四個(gè)激光微調(diào)的片上電阻組成。這些電阻可以通過(guò)外部連接實(shí)現(xiàn)多種放大器配置，如差分、同相和反相配置。與分立設(shè)計(jì)相比，集成電阻的設(shè)計(jì)具有尺寸小、成本低以及更好的交直流性能等優(yōu)勢(shì)。

直流性能

運(yùn)算放大器電路的直流性能很大程度上取決于周圍電阻的精度。通過(guò)疊加原理分析差分放大器電路，輸出電壓公式表明，AD8278和AD8279的增益精度和共模抑制比主要由電阻比值的匹配程度決定。芯片上的電阻經(jīng)過(guò)激光微調(diào)，能夠精確匹配，從而在離散解決方案中展現(xiàn)出卓越的性能，實(shí)現(xiàn)更好的CMRR、增益精度和增益漂移，即使在寬溫度范圍內(nèi)也能保持穩(wěn)定。

交流性能

由于集成電路中的元件尺寸和走線長(zhǎng)度比印刷電路板小得多，因此寄生元件也相應(yīng)較小，這使得AD8278和AD8279具有更好的交流性能。例如，其運(yùn)算放大器的正負(fù)輸入端子故意不引出引腳，減少了與PCB走線的連接，從而降低了電容并保持平衡，提高了環(huán)路穩(wěn)定性和頻率范圍內(nèi)的共模抑制能力。

關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)

驅(qū)動(dòng)與輸入電壓范圍

使用低阻抗源來(lái)驅(qū)動(dòng)AD8278和AD8279非常重要，因?yàn)榧词乖措娮柚挥袔浊W姆，也可能導(dǎo)致電阻比值失衡，從而顯著降低增益精度和共模抑制比。該放大器能夠測(cè)量超出電源軌的輸入電壓，內(nèi)部電阻在電壓到達(dá)內(nèi)部運(yùn)算放大器之前進(jìn)行分壓，為運(yùn)算放大器輸入提供保護(hù)。

電源供應(yīng)

AD8278和AD8279能夠在很寬的電源電壓范圍內(nèi)良好工作，可使用單電源或雙電源，甚至不平衡電源。但為了保證最佳性能，需要確保內(nèi)部運(yùn)算放大器的偏置正確，輸入端子與正電源軌之間至少要有1.5 V的電壓裕量。同時(shí)，應(yīng)使用穩(wěn)定的直流電壓為其供電，并在每個(gè)電源引腳和地之間放置旁路電容。

應(yīng)用配置與案例

多種配置方式

AD8278和AD8279可以通過(guò)多種方式進(jìn)行配置，如差分放大器、同相放大器和反相放大器等。這些配置利用內(nèi)部匹配電阻，具有出色的增益精度和增益漂移。參考引腳需要使用低阻抗源驅(qū)動(dòng)，以保持內(nèi)部電阻比值的穩(wěn)定。

差分輸出應(yīng)用

AD8279的兩個(gè)差分放大器可以配置為提供差分輸出，適用于應(yīng)變計(jì)激勵(lì)和單端到差分轉(zhuǎn)換等應(yīng)用。差分輸出電壓的增益是單個(gè)AD8279通道的兩倍。

儀表放大器應(yīng)用

AD8278和AD8279可以作為低功耗、低成本儀表放大器的構(gòu)建模塊。與低功耗運(yùn)算放大器結(jié)合使用時(shí)，能夠創(chuàng)建精確、高效的電壓測(cè)量解決方案，適用于對(duì)功率要求嚴(yán)格的系統(tǒng)。

總結(jié)與思考

AD8278和AD8279以其出色的性能、低功耗和靈活的配置方式，為電子工程師在設(shè)計(jì)差分放大器電路時(shí)提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求，合理選擇配置方式和電源供應(yīng)，同時(shí)注意驅(qū)動(dòng)源的阻抗和電壓范圍等關(guān)鍵因素。大家在使用這款放大器的過(guò)程中，有沒有遇到過(guò)什么獨(dú)特的問題或者有什么特別的應(yīng)用案例呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。