CN0114

利用数字电位计AD5292和仪表放大器AD8221构建低成本、高电压、可编程增益仪表放大器
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电路功能与优势

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图1所示电路采用digiPOT+系列数字电位计AD5292 和仪表放大器AD8221 ,提供一种低成本、高电压、可编程增益仪表放大器。



图1. 可编程增益仪表放大器(原理示意图:未显示去耦和所有连接)

该电路提供1,024种不同增益设置,可通过SPI数字接口控制。AD5292具有±1%电阻容差性能,可在整个电阻范围内提供低增益误差,如图2所示。



图2. 增益误差与码的关系

本电路提供一种高性能仪表放大器,在业界同类产品中,具有相对于频率的最高共模抑制比(CMRR)和动态可编程增益,既可采用+30 V单电源供电,也可采用±15 V双电源供电。此外,AD5292内置一个20次可编程存储器,用户可以在上电时自定义仪表放大器增益。

 

本电路具有高精度、低噪声和高增益特性,非常适合信号仪表调理、精密数据采集、生物医学分析和航空航天仪表等应用。

电路描述

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本电路采用数字电位计AD5292和仪表放大器AD8221,提供一种总成本较低的高电压、可编程增益仪表放大器。

 

差分输入信号+IN和–IN由AD8221放大。该仪表放大器具有高精度、低噪声、高CMRR和高压摆率特性。

 

最大电路增益由公式1确定,其中 RAW_MIN为AD5292在可变电阻器模式下的游标电阻,表示增益设置电阻的最小值(100 Ω)。

CN0114_equation1

任意特定AD5292电阻的电路增益计算公式为:

CN0114_equation2

此公式与D(十进制码)的函数关系图如图3所示。



图3. 增益与十进制码的关系

流过AD5292的最大容许电流为±3 mA,由此限制与差分输入电压呈函数关系的容许电路增益。



图4. 容许增益与差分输入电压的关系

公式3显示增益上限与差分输入电压 VIN呈函数关系。将 RAB = VIN /3 mA 代入公式1便得到此公式,其函数关系图如图5所示。

CN0114_equation3



公式1限定最大电路增益为500。通过公式2求解D可得到公式4,它计算在不超过电流限制的情况下AD5292的最小容许电阻(用数字码表示)。

CN0114_equation4

其中D为载入数字电位计的码,G为公式3算出的最大增益。

 


当电路输入为交流信号时,数字电位计的寄生电容可能会导致AD8221的最大带宽降低。增益和相位图如图5所示。



图5. 增益和相位与频率的关系(为显示完整增益曲线,垂直刻度经过压缩)

AD5292具有一个20次可编程存储器,可以在上电时将输出电压预设为特定值。

 


为了使本文所讨论的电路达到理想的性能,必须采用出色的布局、接地和去耦技术(请参考教程MT-031教程MT-101)。至少应采用四层PCB:一层为接地层,一层为电源层,另两层为信号层。

常见变化

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AD5291 (8位、内置20次可编程上电存储器)和AD5293 (10位、无上电存储器)均为±1%容差数字电位计,同样适合本应用。

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描述

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产品型号

AD8220 具有轨到轨输出的JFET输入仪表放大器

AD8220ARMZ

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AD8220WARMZ

AD5291 单通道、1%端到端电阻容差(R-Tol)、256位数字电位计,具有20次可编程存储器

AD5291BRUZ-100

AD5291BRUZ-20

AD5291BRUZ-50

AD5292 单通道、1%端到端电阻容差(R-TOL)、1024位数字电位计,具有20次可编程存储器

AD5292BRUZ-100

AD5292BRUZ-20

AD5292BRUZ-50

AD5293 单通道、1%端到端电阻容差(R-Tol)、1024位数字电位计

AD5293BRUZ-100

AD5293BRUZ-20

AD5293BRUZ-50

AD8227 宽电源电压范围、轨到轨输出仪表放大器

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AD8221 精密仪表放大器

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