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境下獲得高精度數據。文中介紹了其主要特點，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明，最后還指出了AD522的誤差形成原理及調整方法。

關鍵詞：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境惡劣的工作條件下進行高精度的數據采集。它線性好，并具有高共模抑制比、低電壓漂移和低噪聲的優點，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是各引腳的功能說明。

表1 引腳功能說明

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時為110dB)，G=1時的最大非線性增益為0.001%，典型輸入阻抗為10 9Ω。

AD522使用了自動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，AD522還具有單片電路和標準組件放大器的最好特性，是一種高性價比的放大器。

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”為工業級，可用于-25～+85℃。“S”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源電阻的乘積。

另外，AD522的非線性增益將隨關閉環增益的降低而增加。

AD522放大器的共模抑制比的測量環境條件為±10V,使用阻值為1kΩ的不對稱電阻。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以下頻率時相對比較恒定。但在有限的帶寬中，AD522的相移將隨著直流共模抑制比的升高而增加。

在動態性能方面，AD522的穩定時間、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的典型電路圖。該電路可在低電壓、高阻抗、大噪聲的環境中獲得最佳性能。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。用戶在設計時，可以像圖2所給電路那樣直接連接，也可以通過小于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。利用自舉電路可實現無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）或者攜帶超過幾千毫伏的噪聲時，就需要使用旁路電容來獲得更好的性能。

參考端和補償端可以對遠距離負載進行補償，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，RG應盡量靠近AD522，過長的導線會增加寄生電容而產生相移，從而導致高頻部分的共模抑制比降低。

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

3.2 特殊應用

在調整漂移和增益時，由RG來決定增益精度。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。如果需要進一步調整，可通過一電位器來進行調節，但是必須使用高質量（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所示電路來進行。利用該電路可以在低增益下將一個很小的共模抑制比增高到10dB。輸入低頻率的峰峰值為20V的信號需經過兩個等效源電阻Rs，調整圖3中的電位器可使放大器的交流輸出為零。

補償輸出可以通過遠距離負載補償或輸出電流自舉來實現。使用圖4電路可在閉環時使自舉漂移誤差降。不用時，補償輸出端應接輸出端。

3.3 誤差調整

AD522所提供的0～1V輸出電壓無靜差變頻器是一個1kΩ的不平衡源。AD522B的工作溫度范圍在0～50℃時精度較高。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±0.2%時，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，自動再調整操作可使增益和失調漂移產生的噪聲值為零。此時，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的三種常見誤差進行說明：

（1）增益誤差

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

（2）失調漂移和引線電流誤差

AD522的輸入部分采取了專門的措施來降低失調漂移。當傳感器不平衡阻抗小于2kΩ時，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，但在進一步校正初始系統偏置電壓時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%，因此不會影響分辨率（可由自動循環校正調整實現）。

（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的共模電阻是通過自動激光調整的薄膜電阻，其穩定性很好。但是，有必要進行有規律的再校準以保持性能。在一般情況下，未經過調整的共模抑制比和噪聲引起的誤差占整個增益的±0.0065%，因此這也是分辨誤差的主要原因之一。