高精度數據采集放大器AD522及其應用

摘要：AD522是AD公司推出的高精度數據采集放大器，利用它可在惡劣工作環(huán)境下獲得高精度數據。文中介紹了其主要特點(diǎn)，給出了AD522的典型應用電路，并對AD522在特殊應用情況下漂移、增益、共模擬制比的調整方法作了說(shuō)明，最后還指出了AD522的誤差形成原理及調整方法。

關(guān)鍵詞：數據采集 放大器 共模抑制比 漂移 AD522

1 概述

AD522集成數據采集放大器可以在環(huán)境惡劣的工作條件下進(jìn)行高精度的數據采集。它線(xiàn)性好，并具有高共模抑制比、低電壓漂移和低噪聲的優(yōu)點(diǎn)，適用于大多數12位數據采集系統。AD522通常用于電阻傳感器（電熱調節器、應變儀等）構成的橋式傳感器放大器以及過(guò)程控制、儀器儀表、信息處理和醫療儀器等方面。

AD522具有如下特性：

●低漂移：2.0μV/℃(AD522B)；

●非線(xiàn)性低：0.005%（G=100）；

●高共模抑制比：>110dB(G=1000)；

●低噪聲：1.5μVp-p(0.1～100Hz)；

●單電阻可編程增益：1≤G≤1000；

●具有輸出參考端及遠程補償端；

●可進(jìn)行內部補償；

●除增益電阻外，不需其它外圍器件；

●可調整偏移、增益和共模抑制比。

AD511采用14腳DIP封裝，其結構外形和常用的AD521相似。圖1給出了AD522的引腳排列。表1是各引腳的功能說(shuō)明。

表1 引腳功能說(shuō)明

2 AD522的主要特性

AD522可以提供高精度的信號調理，它的輸出失調電壓漂移小于1V/℃，輸入失調電壓漂移低于2.0μV/℃,共模抑制比高于80dB(在G=1000時(shí)為110dB)，G=1時(shí)的最大非線(xiàn)性增益為0.001%，典型輸入阻抗為10 9Ω。

AD522使用了自動(dòng)激光調整的薄膜電阻，因而公差小、損耗低、體積小、性能可靠。同時(shí)，AD522還具有單片電路和標準組件放大器的最好特性，是一種高性?xún)r(jià)比的放大器。

為適應不同的精確度要求和工作溫度范圍，AD522提供有三種級別。其中“A”和“B”為工業(yè)級，可用于-25～+85℃?！癝”為軍事級，用于-55～+125℃。AD522可以提供四種漂移選擇。輸出失調電壓的最大漂移隨著(zhù)增益的增加而增加。失調電流漂移所引起的電壓誤差等于失調電流漂移和不對稱(chēng)源電阻的乘積。

另外，AD522的非線(xiàn)性增益將隨關(guān)閉環(huán)增益的降低而增加。

AD522放大器的共模抑制比的測量環(huán)境條件為±10V,使用阻值為1kΩ的不對稱(chēng)電阻。在低增益情況下，共模抑制比主要取決于薄膜電阻的穩定性，但由于增益帶寬的影響，AD522在60Hz以下頻率時(shí)相對比較恒定。但在有限的帶寬中，AD522的相移將隨著(zhù)直流共模抑制比的升高而增加。

在動(dòng)態(tài)性能方面，AD522的穩定時(shí)間、單位增益帶寬和增益成正比。

3 應用

3.1 典型應用

圖2是AD522應用于橋型放大電路時(shí)的典型電路圖。該電路可在低電壓、高阻抗、大噪聲的環(huán)境中獲得最佳性能。當然，這需要正確的屏蔽和接地。在圖2電路中，信號地和AD522直接連接，從而形成了輸入放大器的偏置電流回路。用戶(hù)在設計時(shí)，可以像圖2所給電路那樣直接連接，也可以通過(guò)小于1MΩ的電阻間接連接。

為了降低噪音，輸入管腳和增益電阻應被屏蔽。利用自舉電路可實(shí)現無(wú)源數據的保護以改善交流共模抑制比。這種方法可減小差分相移，同時(shí)也可抑制系統帶寬下降。

利用圖2這種平衡設計不需使用外部旁路電容就可以獲得較理想的性能。但如果信號源被置于遠處（10英尺或更遠）或者攜帶超過(guò)幾千毫伏的噪聲時(shí)，就需要使用旁路電容來(lái)獲得更好的性能。

參考端和補償端可以對遠距離負載進(jìn)行補償，也可用于調整共模抑制比、增加輸出電路自舉和調整輸出漂移。

使用時(shí)，RG應盡量靠近AD522，過(guò)長(cháng)的導線(xiàn)會(huì )增加寄生電容而產(chǎn)生相移，從而導致高頻部分的共模抑制比降低。

當頻率低于10Hz時(shí)，接在遠處的RG不會(huì )引起穩定性問(wèn)題。在G=1時(shí)，RG引間的200MΩ漏電阻抗會(huì )引起0.1%的增益誤差。

3.2 特殊應用

在調整漂移和增益時(shí)，由RG來(lái)決定增益精度。RG建議使用溫度系數為10ppm/℃的精密電阻。漂移和增益是由激光調整的，因而能適合大多數應用情況。如果需要進(jìn)一步調整，可通過(guò)一電位器來(lái)進(jìn)行調節，但是必須使用高質(zhì)量（25ppm）的電位器以保證電壓漂移特性。

共模抑制比的調整可按圖3所示電路來(lái)進(jìn)行。利用該電路可以在低增益下將一個(gè)很小的共模抑制比增高到10dB。輸入低頻率的峰峰值為20V的信號需經(jīng)過(guò)兩個(gè)等效源電阻Rs，調整圖3中的電位器可使放大器的交流輸出為零。

補償輸出可以通過(guò)遠距離負載補償或輸出電流自舉來(lái)實(shí)現。使用圖4電路可在閉環(huán)時(shí)使自舉漂移誤差降。不用時(shí)，補償輸出端應接輸出端。

3.3 誤差調整

AD522所提供的0～1V輸出電壓無(wú)靜差變頻器是一個(gè)1kΩ的不平衡源。AD522B的工作溫度范圍在0～50℃時(shí)精度較高。表2列出了誤差源及共對系統精度的影響。

表2 誤差源對系統精度的影響

當對絕對精度的影響不超過(guò)±0.2%時(shí)，允許使用8位校準操作。在計算機或微處理器控制的數據采樣系統中，自動(dòng)再調整操作可使增益和失調漂移產(chǎn)生的噪聲值為零。此時(shí)，失真和共模抑制比是僅有的誤差源。在這種情況下，使用12位操作可達到預期目的。

下面對AD522的三種常見(jiàn)誤差進(jìn)行說(shuō)明：

（1）增益誤差

通過(guò)調整RG可使絕對增益誤差為0。在超出工作溫度范圍時(shí)，內部電阻的變化會(huì )引起增益漂移。但由于增益漂移的影響是線(xiàn)性的，因而不會(huì )降低分辨率。一個(gè)“智能”系統在自動(dòng)循環(huán)校正過(guò)程中一般可以對這些誤差進(jìn)行較正。在G=10時(shí)，AD522的非線(xiàn)性增益不會(huì )超過(guò)0.002%。

（2）失調漂移和引線(xiàn)電流誤差

AD522的輸入部分采取了專(zhuān)門(mén)的措施來(lái)降低失調漂移。當傳感器不平衡阻抗小于2kΩ時(shí)，失調電流漂移引起的誤差遠小于失調電壓漂移引起的誤差，因而可以忽略。在大多數應用中，雖然補始補償電壓是由激光置零的，但在進(jìn)一步校正初始系統偏置電壓時(shí)仍需要采取其它措施。在以上例子中，總補償偏置漂移只有±0.014%，因此不會(huì )影響分辨率（可由自動(dòng)循環(huán)校正調整實(shí)現）。

（3）共模抑制比和噪聲誤差

因為共模抑制比和系統的噪聲引起的誤差不能校正，所以對共模抑制比和系統的噪聲特性必須有嚴格的要求。AD522的共模電阻是通過(guò)自動(dòng)激光調整的薄膜電阻，其穩定性很好。但是，有必要進(jìn)行有規律的再校準以保持性能。在一般情況下，未經(jīng)過(guò)調整的共模抑制比和噪聲引起的誤差占整個(gè)增益的±0.0065%，因此這也是分辨誤差的主要原因之一。