適合寬動(dòng)態(tài)范圍信號調理的靈活4通道模擬前端

圖1所示電路是一種靈活的信號調理電路，用于處理寬動(dòng)態(tài)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(lái)提 供必要的調理和電平轉換并實(shí)現動(dòng)態(tài)范圍。

在過(guò)程控制和工業(yè)自動(dòng)化應用中，±10 V滿(mǎn)量程信號非常常見(jiàn)；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(shí)，必須進(jìn)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(dòng)態(tài)范圍。因此，在輸入信號的變化范圍較大時(shí)，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。

圖1. 適合寬工業(yè)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(jīng)過(guò)4通道ADG1409 多路復用器進(jìn)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(shí)，最高可處理±10 V的信號電平。因此，AD8475適用于衰減來(lái)自AD8226且最高20Vp-p的信號，同時(shí)維持高CMR性能并提供差分輸出來(lái)驅動(dòng)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(zhù)可直接向該ADC輸入小信號。

結合上述器件，對幅度會(huì )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(yè)自動(dòng)化、過(guò)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(gè)ADG1409多路復用器、一個(gè)AD8226儀表放大器、一個(gè)AD8475差動(dòng)放大器、一個(gè)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(lái)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(xiàn)性穩壓器，適合工業(yè)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(kāi)關(guān)和保護

ADG1409 多路復用器擁有2位二進(jìn)制地址線(xiàn)，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(tài)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。