电路功能及优点

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图1所示的电路是一个完整的模拟前端AD授权代理商，它使用16位差输入PulSAR® ADC对±10 V数字转换是工业级信号。该电路仅使用两个模拟器件提供高共模抑制（CMR）高性能阻抗仪表放大器输入、电平转换、衰减和差分转换功能。该电路由于集成度高，可节省印刷电路板空间，为普通工业应用提供性价比高的解决方案。

典型的信号电平最高可达过程控制和工业自动化系统±10 V。热电偶、称重传感器等传感器的信号输入较小，经常遇到大共模电压振幅，需要灵活的模拟输入，可以处理高共模抑制性能的差异信号和高阻抗输入。

图1. 高性能模拟前端适用于工业过程控制应用(原理示意图:未显示所有连接和去耦)

用现代低压ADC在处理工业级信号时，必须进行衰减和电平转换。此外，全差输入ADC具有共模抑制性能好、二阶失真产品少、直流调节算法简化等优点。因此，工业信号需要进一步调节才能输入差异ADC正确接口。

图1所示的电路是模拟前端工业级信号调节器的完整性和高集成度，仅使用两个有源器件驱动差异输入16位PulSAR ADC AD7687 ：精密仪表放大器(两个辅助操作放大器集成在片中) AD8295 precision in-amp （with two on-chip auxiliary op amps） 和平转换器/和平转换器/ADC驱动器AD8275 。低噪声2.5V XFET®基准电压源 ADR431 为ADC提供基准电压。

AD8295是一款集两个非专用信号处理放大器和两个精密匹配的精密仪表放大器 kΩ电阻，采用4 mm &TImes; 4 mm封装。

AD8275是一款G = 0.2差动放大器可用于衰减±10 V衰减后的工业信号可与单电源低压相匹配ADC轻松接口。AD8275在电路中执行衰减和电平转换功能，可以保持良好CMR，没有外部元件。

AD7687是一种16岁的接近型ADC，采用2.3 V至5.5 V单电源供电。采用差分输入，良好CMR，并且可以简化SAR ADC的使用。

电路描述

该电路用作模拟前端电路AD8295和AD8275、ADC AD7687和基准电压源ADR由431组成，只需去耦少量外部元件。

仪表放大器(集成 AD8295）

AD8295集成仪表放大器（IA）工作条件设置为增益的两倍。若应用程序需要更高的增益，则可增加适当的外部增益电阻。AD8295的电源为±15 V，完全支持±10 V工业输入信号电平。仪表放大器的基准电压引脚接地，因此AD8295的输出基于土地。

差动放大器/衰减器（ AD8275）

AD8295仪表放大器最大输出单端信号±10 V。驱动信号必须衰减并转换为适当的电平AD7687 ADC。如果在AD8295的输出端直接使用简单的阻性电平衰减器级，无法提供差异输出驱动ADC。AD8275 （G = 0.2)电平转换器是一种内置精密激光调节匹配薄膜电阻的差动放大器，可以保证低增益误差和低增益漂移(最大1 ppm/°C）和高共模抑制（80 dB）特性。AD8275具有 3.3 V至 15 V宽电源电压范围 5 V单电源供电时，输入电压范围宽−12.3 V至 12 V。

图1所示电路采用平衡差动放大器AD8275 （U2）和AD8295中的非专用运输（U1-C）组成。此运放（U1-C）用于反转AD8275正输出(提供互补负输出)并驱动 AD8275的REF1和REF2引脚。共模电压输出差异输出（VCOM = 1.25 V）由连接到2.5 V10基准电压源 kΩ产生并应用于外部电阻分压器U1-C同相输入。描述电路操作的方法如下：

VOUTP VOUTN = 2 &TImes; VCOM

VOUTP = VOUTN 0.2 &TImes; VIN

VOUTP = VCOM 0.1 &TImes; VIN

VOUTN = VCOM − 0.1 × VIN

根据上述方程式，对于±10 V输入电压，ADC各输入电压（VOPTP和VOUTN）摆幅为0.25 V至2.25 V，彼此180°相反，共模电压为1.25 V。因此，使用差分信号ADC可用差分输入范围5 V中的4 V。

ADR431是2.5 V XFET该系列基准电压源具有低噪声、高精度和低温漂移性能。ADR431驱动电阻分压器AD7687 ADC输入基准电压。ADR431输出由AD另一95中的另一个非专用运输（U1-B）并驱动缓冲AD7687的电源（VDD）。由两个33 Ω电阻和一个1.5 nF由电容组成的单极点RC滤波器充当AD7687的3 MHz截止抗混叠和降噪滤波器。

考虑布局布线

该电路或任何高速/高分辨率电路的性能都高度依赖于适当性PCB布局，包括但不限于电源旁路、信号路由和适当的电源层和接地层。PCB详见指南 Tutorial MT-031、 MT-101和“高速印刷电路板布局实用指南”一文。

图2. Kaiser窗口（参数 = 20）、20 kHz输入、250 kSPS采样速率下FFT

系统性能

系统级测试交流性能，AD7687采样速率为250 kSPS。图2所示为5 V p-p 20 kHz输入时的FFT测试结果如图3所示 V DC输入时的ADC输出直方图。

评估软件的结果如下：

SNR = 85.531 dBFS (不含谐波)

信纳比（SINAD） = 81.432 dBFS.

SFDR = 77.403 dBFS.

THD = –76.479 dBFS

图3. 10 V DC输入时的直方图，15000个样本