1、概述

很多電子系統(tǒng)都需要對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)?由于在其傳感器接口電路中常采用差分輸入方式，因而在系統(tǒng)的兩個(gè)輸入端難免會(huì)引入共模干擾信號(hào)，且該共模干擾電壓一般都比較大，這種干擾信號(hào)在信號(hào)輸入電路參數(shù)不對(duì)稱時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)化為差模干擾并對(duì)測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)生影響，其影響的大小直接取決于共模干擾轉(zhuǎn)換成差模干擾的大小?共模抑制比CM-RR是衡量測(cè)量系統(tǒng)對(duì)共模干擾抑制能力的參數(shù)，通常被定義為作用于系統(tǒng)的共模干擾信號(hào)與使該系統(tǒng)產(chǎn)生同樣輸出所需的差模信號(hào)之比?CMRR值越高，說(shuō)明系統(tǒng)對(duì)共模干擾的抑制能力越強(qiáng)?因此，

為了提高測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾性能，在設(shè)計(jì)高精度電路時(shí)，應(yīng)選用高共模抑制比的運(yùn)放來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)的傳感器接口電路?

理想運(yùn)放的CMRR值應(yīng)該是無(wú)窮大的，但大多數(shù)集成運(yùn)算放大器的CMRR值實(shí)際上在80dB以上?目前市場(chǎng)上所有的儀用放大器的共模抑制比在200Hz處就開(kāi)始衰減，因而不能滿足某些系統(tǒng)在寬帶干擾抑制方面的應(yīng)用要求?

AD8221是美國(guó)ADI（Analog Devices Inc）公司2003年推出的增益可編程高性能儀用放大器，該放大器的突出優(yōu)點(diǎn)是其優(yōu)異的共模抑制性能?當(dāng)增益為1時(shí)，AD8221能夠在各級(jí)保持最小80dB的共模抑制比，直至頻率達(dá)到10kHz，因此，它能夠抑制寬帶共模干擾，從而可有效解決上述問(wèn)題?

AD8221主要有如下特點(diǎn)：

●具有優(yōu)異的交流特性，共模抑制比高，當(dāng)G為1V/V時(shí)，共模抑制比最小為80dB并將保持至10kHz;此外，AD8221還具有很寬的帶寬，當(dāng)G為1V/V時(shí)，-3dB處的頻率為825kHz;

●具有優(yōu)異的直流特性，最大輸入失調(diào)電壓為25μV;最大輸入失調(diào)電壓溫漂為0.3μV/℃;最大失調(diào)電流為0.4nA?

●噪聲低，當(dāng)其工作頻率為1kHz時(shí)，AD8221放大器的最大輸入電壓噪聲為8nV/√Hz;而在頻率為0.1Hz~10Hz時(shí)，AD8221僅存在0.25μV的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輸入噪聲?

●增益可以編程設(shè)置，從而為用戶提供了較大的使用靈活性?增益可由單一電阻進(jìn)行控制且精度很高，其可編程范圍為1~1000V/V;

●采用8引腳SOIC和MSOP兩種封裝，其中MSOP所占電路板空間是SOIC的一半，因而是多通道或節(jié)省空間應(yīng)用的理想器件;

●既可單電源供電也可雙電源供電，電源電壓范圍為%26;#177;2.3V~%26;#177;18V，特別適合%26;#177;10V輸入電壓的應(yīng)用情況;

●可以在-40℃~+125℃的溫度范圍內(nèi)正常工作?

AD8221可廣泛用于精確數(shù)據(jù)采集?生物醫(yī)學(xué)信號(hào)分析和航空航天儀器系統(tǒng)中?由于它具有低失調(diào)電壓?低失調(diào)電壓溫漂?低增益漂移?高增益精度等特點(diǎn)，因而非常適用于要求直流特性比較高的應(yīng)用領(lǐng)域，例如橋式電路信號(hào)測(cè)量等?另外，它還可應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程控制?醫(yī)療儀器?應(yīng)變儀和傳感器接口等電路中?

2、引腳排列

AD8221的突出特點(diǎn)是在高頻時(shí)具有極高的共模抑制比?

AD8221可變?cè)鲆鎯x用放大器采用8引腳SOIC和MSOP兩種封裝形式？圖1所示是其引腳排列圖?由于AD8221帶有一個(gè)獨(dú)特的插腳引線，因此，AD8221在10kHz?G=1時(shí)，具有80dB的共模抑制比;而在1kHz?G=1000時(shí)，則具有110dB的共模抑制比?該平衡引腳不僅降低了器件的寄生效應(yīng)，同時(shí)還可簡(jiǎn)化電路板布局?

AD8221使用注意事項(xiàng)：高達(dá)4000V的靜電電荷很容易聚積在人體和測(cè)試裝備上，并且可能在無(wú)察覺(jué)的情況下放電?雖然AD8221配置了ESD保護(hù)電路，但由于高能量靜電放電會(huì)對(duì)器件造成永久性破壞?因此，為了防止器件損壞或者性能下降，必須采取正確的ESD防護(hù)措施?

AD8221的極限參數(shù)如下：

●供電電壓：18V;

●功耗：200mW;

●輸出短路時(shí)間：無(wú)限;

●共模輸入電壓：Vs;

●差分輸入電壓：Vs;

●工作溫度范圍：-40℃~+125℃;

●貯存溫度范圍：-65℃~+150℃?

超過(guò)這些極限值可能會(huì)給器件造成永久性破壞，如果接近這些絕對(duì)最大極限值且達(dá)到一定時(shí)間，也會(huì)影響器件的可靠性?

3、應(yīng)用電路

3.1 利用AD8221作精確應(yīng)變測(cè)量

由于AD8221具有低漂移和高共模抑制比等優(yōu)良特性，所以是橋式電路信號(hào)測(cè)量的理想器件，設(shè)計(jì)時(shí)可以將橋路信號(hào)直接與AD8221的輸入端相連，具體電路如圖2所示?

3.2 %26;#177;10V輸入單端放大器與+5V差分ADC連接

在實(shí)際的設(shè)計(jì)應(yīng)用中，很多應(yīng)用設(shè)計(jì)方案都需要處理%26;#177;10V的信號(hào)，而現(xiàn)在大多數(shù)的ADC和數(shù)字集成芯片則常常使用較低的單電源電壓來(lái)進(jìn)行供電?新型ADC在低供電電壓時(shí)大多采用差分輸入方式以獲得較好的共模抑制比和較好的抗干擾性能，因此，具有%26;#177;10V輸入范圍的單端儀用放大器與只有+5V差分輸入范圍ADC的級(jí)聯(lián)就成為一個(gè)比較棘手的問(wèn)題，為此，設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減和平移，圖3給出了AD8221與模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7723的連接方法?

該電路利用低噪聲放大器OP27來(lái)設(shè)置AD8221的參考電壓，儀用放大器的輸出信號(hào)取自O(shè)UT引腳和REF引腳?兩個(gè)1kΩ電阻與499Ω電阻構(gòu)成了信號(hào)衰減電路，設(shè)計(jì)時(shí)可將%26;#177;10V信號(hào)調(diào)節(jié)至+4 V，而AD8022構(gòu)成的雙射級(jí)跟隨器則可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7723?

該電路可進(jìn)行信號(hào)平移和衰減，且噪聲較低的原因是，電阻R1和R2產(chǎn)生的噪聲對(duì)ADC的兩個(gè)輸入腳具有相同的效應(yīng)，因而很容易抑制?而電阻R5產(chǎn)生的噪聲只有1/3作用于系統(tǒng)，其大小可以忽略不計(jì)?衰減器的噪聲經(jīng)電阻R3和R4分壓后也非常微弱?

該接口電路的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是AD8221的建立時(shí)間短?因?yàn)榉糯笃鱋P27可以使AD8221只傳送一半擺幅，從而縮短了建立時(shí)間，這樣，在ADC 需要采集數(shù)據(jù)時(shí)，傳送的位數(shù)就可以更多，從而提高了信號(hào)處理速度?

3.3 基于AD8221的交流耦合儀用放大器

如果被測(cè)量的信號(hào)很微弱而很可能被放大器噪聲所淹沒(méi)，那么檢測(cè)起來(lái)就很困難?圖4給出了一個(gè)可以提高交流小信號(hào)測(cè)量精度的電路?該檢測(cè)電路由AD8221構(gòu)成高增益放大器來(lái)減小放大器的輸入噪聲（8nV/√Hz），這使得噪聲相對(duì)于小信號(hào)來(lái)說(shuō)更加微弱，從而，可以方便的測(cè)量出有用信號(hào)?而當(dāng)信號(hào)頻率小于f時(shí)，在放大器OP1177的作用下，AD8221的輸出為0;而當(dāng)信號(hào)頻率超過(guò)f時(shí)，信號(hào)將通過(guò)AD8221放大輸出?

4、結(jié)束語(yǔ)

AD8221的突出特點(diǎn)是在高頻帶時(shí)具有極高的共模抑制比，它可以解決某些應(yīng)用中需要抑制寬帶共模干擾的問(wèn)題，因而具有廣闊的應(yīng)用前景?

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