電路功能與優勢

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

在過程控制和工業自動化應用中，±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。用現代低壓ADC處理±10 V信號時，必須進行衰減和電平轉換。但是，對小信號而言，需要放大才能利用ADC的動態范圍。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用中，模擬前端輸入電路也需要具有高阻抗。

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圖1. 適合寬工業范圍信號調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。輸入信號經過4通道ADG1409 多路復用器進入 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）、共模電平轉換及單端差分轉換功能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動差分輸入ADC。

AD7192是一款內置PGA的24位ADC。片內低噪聲增益級（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。該電路適合工業自動化、過程控制、儀器儀表和醫療設備應用。

電路描述

該電路包含一個ADG1409多路復用器、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。

穩壓器和基準電壓源的選擇

該電路選擇ADP1720-5作為5 V穩壓器。它是一款高壓、微功耗、低壓差線性穩壓器，適合工業應用。

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和精密數據采集系統。

輸入開關和保護

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

ADG1409多路復用器配置為接收四路差分輸入信號：（VS1A?VS1B）、（VS2A?VS2B）、（VS3A?VS3B）和（VS4A?VS4B）。多路復用器的輸出（DA和DB）施加于 AD8226儀表放大器的輸入端。

AD8226輸入儀表放大器

外部RG電阻設置AD8226的增益。對于該電路，省略了RG，且儀表放大器級的增益為1。因此，AD8226的輸出為VSxA–VSxB，其中x為輸入通道編號。

AD8226的差分輸入由兩個4.02k電阻和一個10nF電容進行濾波，這些電阻和電容構成一個截止頻率為2.0kHz的單極點RC濾波器。兩個1nF電容增加了截止頻率為40kHz的共模濾波。

AD7192ADC PGA增益配置

AD7192配置為接收差分模擬輸入，以匹配來自AD8475的差分輸出信號。 AD7192的滿量程輸入范圍為±VREF/增益，其中±VREF=REFINx（+）-REFINx（-）。

AD7192中的緩沖器使能時，輸入通道會驅動緩沖放大器的高阻抗輸入級，此模式下的絕對輸入電壓范圍將限制在AGND+250mV至AVDD-250mV。增益級使能后，緩沖器輸出將施加于PGA的輸入端，模擬輸入范圍必須限制在±（AVDD-1.25V）/增益以內，因為PGA需要額外的裕量。因此，采用4.096V基準電壓源和5V電源時，為了最充分地利用ADC的動態范圍，可按表1所示對信號進行衰減或放大。

表1. AD8475和 AD7192內置PGA的各種輸入范圍增益配置