精密运放的零漂移和宽电源及输入电压范围技术解析 2 关键词, 电压

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关键词：
运算放大器 , 零漂移放大器 , AD8475 , ADI

• 典型应用解析

图2所示电路是一个精密电子秤信号调理系统，它使用一个低功耗缓冲式24位Σ-Δ型ADC AD7791和两个外部零漂移放大器ADA4528-1。该解决方案支持单电源供电，可提供高直流增益。

对于满量程输出为10mV的称重传感器，该电路提供15.3位的无噪声码分辨率。利用本电路可以非常灵活地设计定制低电平信号调理前端，用户可以轻松优化传感器-放大器-转换器组合电路的整体传递函数。来自称重传感器的低电平幅度信号由两个零漂移放大器ADA4528-1放大，放大器连续自行校正任何直流误差，尽可能保持精确。除了低失调电压和漂移外，ADA4528-1也没有1/f噪声，这一重要特性有助于电子秤在直流或低频时进行精确测量。

图2：基于ADA4528-1的精密电子秤信号调理电路。

宽电源及输入电压范围放大器
相对于任何其它系统器件，更宽电源和输入电压范围是精密运算放大器的另一项关键要求，也是对运算放大器的一个更大挑战。在电力系统、汽车或大型电池组的系统中，放大器的输入可能连接到几百伏高压，同时必须仍然在微伏范围内放大信号。此外，越来越多的系统采用更低的电压供电，但输入信号通常并不受系统供电电压的限制，远远超过供电电压的系统的情况并不少见，这对系统设计带来挑战。这些放大器需要具有更宽的电压范围、更稳定的性能，需要集成输入过压保护、片内电磁干扰滤波、更高的静电放电抗扰度特性，以及更高的上电和掉电操作时防闩锁的特性，以改进系统性能、降低成本、提高鲁棒性，同时简化系统设计的复杂度。下面结合ADI近年来推出的几款精密运放解析宽电源及输入电压范围运放特点及应用案例。

• 典型器件解析

ADA4096-2是一款宽电压范围的运算放大器，具有轨到轨输入/输出范围，工作电源范围为3 V至30 V，功耗很低，因而非常适合监控电池使用情况和控制电池充电。除了宽输入范围外，ADA4096-2是业界首款具有±30V以上过压保护的精密运放，具有独特的输入级，拥有过压保护输入和二极管，允许输入电压高于或低于供电轨32 V，而不会发生相位反转或闩锁，非常适合鲁棒的工业应用。

AD8276可采用2.0V至36V的单电源供电，输入范围很宽（输入引脚端的最大电压为-Vs~40V，最小电压为+Vs~-40V，几乎是供电电压的两倍，而AD8278/9的输入范围可以达到供电电压的三倍），在单电源供电下可以输入负信号，使用非常方便。AD8276非常适合用于过程控制、电机控制和电源管理应用中鲁棒的电压和电流感应，该产品至推出开始其单通道低于1美元的前所未有的价格更突显了性价比优势。另外，AD8276的最大静态电源电流为200uA，非常适合电池供电的便携式系统应用。

AD8475是ADI公司去年推出的一款全差分衰减放大器，集成精密增益电阻，可提供精密衰减（0.4或0.8倍）、共模电平转换、单端差分转换及输入过压保护等功能。AD8475在采用5 V单电源供电时，器件能够耐受最高±15 V的工业输入电压。它提供一个完整的接口，使工业电平信号能够直接兼容低压、高性能16位或18位单电源逐次逼近型模数转换器的差分输入范围。

AD8476也是一款全差分精密放大器，结构与AD8475类似，不同点是AD8476增益为1，非常适合用作驱动低功耗、高性能ADC的单端转差分或差分转差分放大器。

• 典型应用解析

标准单端工业信号电平（±5 V、±10 V或0 V至+10 V）与现代高性能16位或18位单电源SAR型ADC的差分输入范围并不直接兼容，需要使用适当的接口驱动电路对工业信号进行衰减、电平转换和差分转换，使其具有与ADC输入要求相匹配的正确幅度和共模电压。

图3所示的电路实现了上述功能。AD8475可提供精密衰减（0.4倍或0.8倍）、共模电平转换、单端差分转换及输入过压保护等功能，这些特性很好地满足了该电路的功能特性需求（注意，这里AD8475采用了5V供电）。

图3：单端转差分ADC驱动器原理示意图。

本文小结：
由于篇幅的限制，本文仅给出了部分代表性的产品。作为全球最大的放大器芯片提供商，ADI提供了最全面、特性丰富的精密运算放大器，无论是低压、高压或是微功耗还是零漂移仪表放大器，数十个系列产品总能找到符合特定信号放大需求的最佳型号。

所有的模拟应用电路设计工程师都希望拥有一款真正理想的放大器——具有无限大开环增益、无限输入阻抗、零偏置电流、零失调电压、无噪声，事实上这也是所有模拟集成电路设计工程师的终极追求。尽管以ADI为代表的全球领先模拟半导体技术提供商在这些前沿技术领域已获得了长足的进步，但市场和客户期望的不断变化导致新挑战层出不穷。在零漂移、宽电源及输入电压范围等关键的技术特性上还有很大的探索空间，ADI将持续为业界推出具有领先特性的精密运算放大器产品，让放大器扮演更加积极、关键的电子系统 “幕后英雄”。

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