输入电压范围和带宽 - 数据采集应用：可编程增益仪表放大器设计

　　能力：输入电压范围和带宽

　　采用±15 V电源供电时，AD825x系列PGIA的最大输入电压范围约为±13.5 V（AD8250和AD8251提供最高超过电源轨13 V的额外过压保护）。在本应用中，对PGIA输入电压范围的有效限制由ADC输入的满量程电压范围和从传感器到ADC的信号路径增益设置。例如，18位2 MSPS PulSAR ADCAD7986采用2.5 V单电源供电，典型基准电压为4.096 V，其差分输入支持最高±4.096 V的电压（输入电压0 V至4.096 V和4.096 V至0 V）。如果模拟前端的总增益设置为0.4，即AD825x的增益为1，AD8475的增益为0.4，则系统可以处理的输入信号最大幅度为±10.24 V。

　　为了确定系统所需的增益设置组合，应考虑ADC （VFS）的满量程输入电压以及传感器预计会提供的最小/最大电流或电压电平。

　　

　　就其精度和功能水平而言，该模拟前端的速度和带宽极为出色。该电路的速度和带宽由下列因素共同决定：

　　AD825x建立时间：对于10 V输出电压跃迁，AD8250的0.001%（16位）建立时间为615 ns。

　　AD825x压摆率：AD825x的压摆率在20 V/µs到30 V/µs之间，具体取决于增益设置。AD8475的压摆率为50 V/µs，因此系统受限于AD825x的压摆率。

　　抗混叠滤波器（AAF）截止频率：该滤波器由用户定义，用于限制ADC输入端的信号带宽，防止混叠，并提高信号链的信噪比（详情参阅放大器和ADC的数据手册）。

　　ADC采样速率：AD8475可以驱动最高4 MSPS的18位分辨率转换器。

　　许多数据采集和过程控制系统需要测量压力、温度和其它低频输入信号，因此前端放大器的直流精度和温度稳定性对于系统性能至关重要。许多应用使用多个传感器，这些传感器以轮询方式多路复用连接到放大器输入端。通常而言，轮询频率远大于目标信号的带宽。当多路复用器从一个传感器切换到另一个传感器时，放大器输入端经历的电压变化是未知的，因此设计必须考虑最差情况——满量程电压跃迁。放大器必须能够在所分配的切换时间内从该满量程跃迁完成建立，该建立时间还必须短于ADC采集信号所需的建立时间。

　　在AD8475与ADC输入端之间，建议使用一个抗混叠滤波器（AAF），以便对提供给ADC输入端的信号和噪声带宽进行限制，防止不需要的混叠效应，并提高系统的信噪比。此外，AAF能够吸收一些ADC输入瞬变电流，因此该滤波器也能在放大器与ADC的开关电容输入端之间提供某种隔离。AAF通常利用简单的RC网络实现，如图1中所示。滤波器带宽通过下式计算：

　　

　　许多情况下，该滤波器的R和C值根据经验进行优化，以便为ADC提供必需的带宽、建立时间和驱动能力。如需具体建议，请参阅ADC数据手册。

　　结束语

　　AD8475与AD825x系列PGIA相结合，可实现一种简单灵活、高性能、多功能的模拟前端。针对信号放大和衰减处理，该模拟前端可以提供多种可编程的增益组合，从而优化不同的测量电压范围。AD825x的性能和可编程能力非常适合多路复用型测量系统，AD8475则能提供出色的接口来连接精密模数转换器。两种放大器协调工作以保持传感器信号的完整性，为工业测量系统提供一个高性能模拟前端。