精密放大器：零漂移特性和更寬電源電壓及輸入電壓范圍

寬電源及輸入電壓范圍放大器

相對于任何其它系統器件，更寬電源和輸入電壓范圍是精密運算放大器的另一項關鍵要求，也是對運算放大器的一個更大挑戰。在電力系統、汽車或大型電池組的系統中，放大器的輸入可能連接到幾百伏高壓，同時必須仍然在微伏范圍內放大信號。此外，越來越多的系統采用更低的電壓供電，但輸入信號通常并不受系統供電電壓的限制，遠遠超過供電電壓的系統的情況并不少見，這對系統設計帶來挑戰。這些放大器需要具有更寬的電壓范圍、更穩定的性能，需要集成輸入過壓保護、片內電磁干擾濾波、更高的靜電放電抗擾度特性，以及更高的上電和掉電操作時防閂鎖的特性，以改進系統性能、降低成本、提高魯棒性，同時簡化系統設計的復雜度。下面結合ADI近年來推出的幾款精密運放解析寬電源及輸入電壓范圍運放特點及應用案例。

典型器件解析

ADA4096-2是一款寬電壓范圍的運算放大器，具有軌到軌輸入/輸出范圍，工作電源范圍為3 V至30 V，功耗很低，因而非常適合監控電池使用情況和控制電池充電。除了寬輸入范圍外，ADA4096-2是業界首款具有±30V以上過壓保護的精密運放，具有獨特的輸入級，擁有過壓保護輸入和二極管，允許輸入電壓高于或低于供電軌32 V，而不會發生相位反轉或閂鎖，非常適合魯棒的工業應用。

AD8276可采用2.0V至36V的單電源供電，輸入范圍很寬(輸入引腳端的最大電壓為-Vs~40V，最小電壓為+Vs~-40V，幾乎是供電電壓的兩倍，而AD8278/9的輸入范圍可以達到供電電壓的三倍)，在單電源供電下可以輸入負信號，使用非常方便。AD8276非常適合用于過程控制、電機控制和電源管理應用中魯棒的電壓和電流感應，該產品至推出開始其單通道低于1美元的前所未有的價格更突顯了性價比優勢。另外，AD8276的最大靜態電源電流為200uA，非常適合電池供電的便攜式系統應用。

AD8475是ADI公司去年推出的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(0.4或0.8倍)、共模電平轉換、單端差分轉換及輸入過壓保護等功能。AD8475在采用5 V單電源供電時，器件能夠耐受最高±15 V的工業輸入電壓。它提供一個完整的接口，使工業電平信號能夠直接兼容低壓、高性能16位或18位單電源逐次逼近型模數轉換器的差分輸入范圍。

AD8476也是一款全差分精密放大器，結構與AD8475類似，不同點是AD8476增益為1，非常適合用作驅動低功耗、高性能ADC的單端轉差分或差分轉差分放大器。

典型應用解析

標準單端工業信號電平(±5 V、±10 V或0 V至+10 V)與現代高性能16位或18位單電源SAR型ADC的差分輸入范圍并不直接兼容，需要使用適當的接口驅動電路對工業信號進行衰減、電平轉換和差分轉換，使其具有與ADC輸入要求相匹配的正確幅度和共模電壓。

圖3所示的電路實現了上述功能。AD8475可提供精密衰減(0.4倍或0.8倍)、共模電平轉換、單端差分轉換及輸入過壓保護等功能，這些特性很好地滿足了該電路的功能特性需求(注意，這里AD8475采用了5V供電)。

圖3：單端轉差分ADC驅動器原理示意圖。

本文小結：

由于篇幅的限制，本文僅給出了部分代表性的產品。作為全球最大的放大器芯片提供商，ADI提供了最全面、特性豐富的精密運算放大器，無論是低壓、高壓或是微功耗還是零漂移儀表放大器，數十個系列產品總能找到符合特定信號放大需求的最佳型號。