精密儀器放大器AD8225及其應(yīng)用

1、精密儀器放大器AD8225及其應(yīng)用1. 概述 AD8225是固定5倍增益的儀器放大器，該放大器的CMRR能抑制高頻共模電壓（10kHz下至少80dB），由此可抑制環(huán)境噪聲和其他輻射源的噪聲。擴(kuò)展的共模電壓（CMV）范圍能使AD8225提取高共模增益直流電壓甚至是低供電電壓下的微弱差分信號(hào)。 目前公頻電源線的環(huán)境噪聲是50Hz及其一些諧波頻率，400Hz下的供電系統(tǒng)能產(chǎn)生強(qiáng)環(huán)境噪聲，如果能抑制掉該噪聲，可實(shí)現(xiàn)高性能的共模抑制比。 低輸入偏置電流和5V/s的高壓擺率使AD8225可應(yīng)用于多路復(fù)用系統(tǒng)中。固定5倍增益和寬共模電壓輸入范圍使得AD8225可作為患者監(jiān)測(cè)器使用。1.1 AD8225的主要

2、特點(diǎn) 不需外部元件 穩(wěn)定性高，5倍增益 供電電壓范圍寬：±1.7V±18V 單電源或者雙電源供電 動(dòng)態(tài)特性好： 共模抑制比高直流最小86dB 10kHz最小80dB 帶寬范圍寬900kHz（4V到36V單電源供電） 壓擺率高最小5V/s 直流精確度高： 漂移增益低最大5ppm/輸入失調(diào)電壓低最大150V失調(diào)漂移低最大 2V/輸入偏置電流低1.2 管腳說明 AD8225有8個(gè)管腳，其表面封裝管腳形式如圖1所示，表1是各管腳功能說明。圖1 表面封裝管腳圖 表1 管腳功能說明管腳號(hào)名稱功能1NC可以連接到4管腳引入平衡電容CIN2-IN反向輸入端3+IN正向輸入端4-VS負(fù)電源電

3、壓5REF參考端，連接到CMV6VOUT輸出7+VS正電源電壓8NC無連接2. 工作原理 AD8225是集成的三運(yùn)放儀器放大器。如圖2所示，輸入緩沖器包括超 NPN型晶體管Q1和Q2，放大器A1和A2。增加晶體管之后可使偏置電流小于100pA。這樣電流噪聲也很低，約為50fA/。該輸入緩沖器驅(qū)動(dòng)一個(gè)5倍增益的差分放大器。由于3k和15k的電阻是按比例匹配的，因此增益的穩(wěn)定性要好一些。高頻特性可通過圖3所示的電路得到加強(qiáng)。由于1管腳和8管腳懸空，1管腳可以和4管腳相連。4管腳也是交流公共端，因此可以使2管腳和3管腳的寄生電容達(dá)到平衡。圖2 工作原理圖圖3 對(duì)稱輸入寄生電容的管腳輸出3. 應(yīng)用3.

4、1 精密的電壓-電流轉(zhuǎn)換器當(dāng)模擬電壓遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)誤差會(huì)隨著周圍的電器噪聲、寄生電容或阻抗效應(yīng)而加強(qiáng)。如果電壓轉(zhuǎn)換成電流，誤差就會(huì)得到很好的控制。圖4是AD8225作為傳送和接受器的工作情況，滿量程輸出是5mA。圖4 精密的電壓-電流轉(zhuǎn)換器如圖所示，需要附加放大器和四個(gè)電阻組成轉(zhuǎn)換器，AD8225可作為傳送和接受部分來保持信號(hào)的完整性，接收器的高頻共模特性可對(duì)傳送線上的噪聲進(jìn)行抑制。接收器的參考端可以接地或接到ADC的參考端。3.2 驅(qū)動(dòng)高分辨率的ADC 高精度ADC是差動(dòng)模擬輸入的，差動(dòng)輸入可使信噪比改善6dB并提供合成位分辨率。用兩個(gè)AD8225可以很容易實(shí)現(xiàn)這些特性。 AD8225經(jīng)過配置

5、可用來驅(qū)動(dòng)差動(dòng)輸入的ADC。圖5所示為差動(dòng)輸入的電路連接圖。圖5 差動(dòng)輸入ADC驅(qū)動(dòng)電路 圖5所示的AD7675是SAR型轉(zhuǎn)換器。采樣時(shí)，內(nèi)部采樣-保持電容充電到輸入電壓值。由于AD8225的輸出不能跟蹤瞬間的電流沖擊，會(huì)產(chǎn)生電壓故障。瞬間電流沖擊是由于電容一端連到A/D輸入端，一端接地造成的。由于AD8225的輸出容許的電容最大值約為100pF，因此在每個(gè)放大器的輸出都需要串連一個(gè)75的電阻以防抖動(dòng)。3.3 作為參考輸入 圖5的5管腳是參考輸入端，通過電壓驅(qū)動(dòng)。這是因?yàn)閰⒖级藘?nèi)部連接一個(gè)15k的電阻，來平衡共模增益。若有其它電阻連接到該節(jié)點(diǎn)會(huì)使兩個(gè)3k和15k組成的網(wǎng)橋失去平衡，進(jìn)而在輸入管

6、腳產(chǎn)生誤差電壓。3.4 作心電圖的前置電路 AD8225可作為心電圖ECG和其它微弱信號(hào)的生物醫(yī)學(xué)放大器。共模抑制比和共模電壓的特點(diǎn)使得AD8225適合于微弱心電信號(hào)的檢測(cè)。放大器的差動(dòng)電路會(huì)提取和放大被高共模的直流和交流電壓淹沒的微弱信號(hào)。 典型的ECG放大器電路如圖6所示，電路圖包括濾波器、高電壓保護(hù)裝置、導(dǎo)聯(lián)選擇電路、導(dǎo)聯(lián)緩沖和ADC。這種儀器放大器還必須提供精確的網(wǎng)絡(luò)平衡電阻和匹配放大器。 AD8225不僅可代替圖6中的虛線部分，而且還能解決設(shè)計(jì)ECG前置電路時(shí)的一些問題。這些問題包括交流噪聲源和不平衡電極產(chǎn)生的噪聲，這些噪聲電壓可以超過要采集的QRS波信號(hào)。圖6 作為隔離組成部分的E

7、CG監(jiān)視器前置電路 圖6中是傳統(tǒng)的三運(yùn)放電路，第一級(jí)由A1和A2組成，增益約為10，加上后一級(jí)，總體的增益大約為1000。輸入端擴(kuò)大了共模電壓范圍，如果供電電壓為±5V，共模電壓范圍在-3.1V到+3.8V之間，同樣增益下相比于傳統(tǒng)的放大器輸入范圍提高了7。 圖7為AD8225作為ECG的前置電路的工作原理圖。在低成本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，AD8225可以連接到患者身上。如果需要緩沖器，AD8225可代替高成本的精確網(wǎng)絡(luò)電阻和放大器。圖8為圖7電路的心電波形檢測(cè)結(jié)果。圖7 ECG監(jiān)測(cè)器前置電路 圖8 ECG波形3.5 高壓擺率的優(yōu)點(diǎn) AD8225的壓擺率為5V/s，這和大多數(shù)的運(yùn)算放大器的壓擺率一樣高。當(dāng)系統(tǒng)作為多路傳感器使用時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。例如，如圖9所示，一個(gè)模擬復(fù)用器可選擇不同的管腳連接到傳感器上，如果AD8225驅(qū)動(dòng)一個(gè)ADC，所需時(shí)間受選擇新的管腳后放大器趨于穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間所限制。高壓擺率利于該功能的實(shí)現(xiàn)，尤其是當(dāng)差動(dòng)輸入變化很大的情況下。圖9 與ADG409模擬復(fù)用的連接電路 圖10所示為AD8225與ADG409模擬復(fù)用連接電路的響應(yīng)曲線。四個(gè)復(fù)用輸入中的兩個(gè)