深入剖析AD8276/AD8277：低功耗、寬電源范圍的卓越差分放大器

作為電子工程師，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，我們常常需要在性能和功耗之間找到平衡。今天要給大家介紹的Analog Devices公司的AD8276/AD8277差分放大器，就是一款在這方面表現(xiàn)出色的產(chǎn)品。

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產(chǎn)品概述

AD8276/AD8277是通用型單位增益差分放大器，專(zhuān)為對(duì)功率要求苛刻的應(yīng)用中的精密信號(hào)調(diào)理而設(shè)計(jì)，這些應(yīng)用既需要高性能又需要低功耗。它們?cè)诜糯蟪鲭娫窜壍男盘?hào)時(shí)，能提供出色的86dB共模抑制比（CMRR）和高帶寬。片上電阻經(jīng)過(guò)激光微調(diào)，增益漂移低至1ppm/°C，且具有高CMRR，同時(shí)在不同溫度下的增益漂移極低。

產(chǎn)品特性

電氣特性

• 輸入范圍廣：輸入范圍可超出電源，這使得它在處理各種信號(hào)時(shí)更加靈活。
• 輸入過(guò)壓保護(hù)：堅(jiān)固的輸入過(guò)壓保護(hù)功能，增強(qiáng)了產(chǎn)品的可靠性。
• 低功耗：每通道最大電源電流僅為200μA，在 (V_{s}=2.7 ~V) 時(shí)功耗低至0.54mW，非常適合電池供電的便攜式設(shè)備。
• 高帶寬：帶寬達(dá)到550kHz，能夠滿(mǎn)足大多數(shù)應(yīng)用的需求。
• 高CMRR：在直流至10kHz范圍內(nèi)，CMRR最低為86dB，有效抑制共模信號(hào)。
• 低系統(tǒng)失調(diào)電壓和增益漂移：B級(jí)產(chǎn)品的系統(tǒng)失調(diào)電壓最大為±2μV/°C，增益漂移最大為1ppm/°C，確保了信號(hào)處理的準(zhǔn)確性。
• 高擺率：擺率為1.1V/μs，能夠快速響應(yīng)信號(hào)變化。
• 寬電源范圍：可采用單電源（2.0V至36V）或雙電源（±2V至±18V）供電，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

封裝與溫度特性

AD8276提供節(jié)省空間的8引腳mini小外形封裝（MSOP）、標(biāo)準(zhǔn)小外形（SOIC）封裝以及裸片形式，AD8277則采用14引腳SOIC封裝。兩款產(chǎn)品均在 -40°C至 +85°C的工業(yè)溫度范圍內(nèi)保證性能，并且完全符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

工作原理

直流性能

AD8276/AD8277的直流性能很大程度上取決于周?chē)娮璧木?。通過(guò)對(duì)典型差分放大器電路進(jìn)行疊加分析，輸出電壓公式為： [V{OUT }=V{IN+}left(frac{R 2}{R 1+R 2}right)left(1+frac{R 4}{R 3}right)-V{IN-}left(frac{R 4}{R 3}right)] 當(dāng)電阻比值 (frac{R 2}{R I}=frac{R 4}{R 3}) 緊密匹配時(shí)，公式可簡(jiǎn)化為： [V{OUT }=frac{R 4}{R 3}left(V{IN+}-V{IN-}right)] AD8276/AD8277的片上電阻經(jīng)過(guò)激光微調(diào)，能夠精確匹配，從而提供優(yōu)于分立解決方案的性能，實(shí)現(xiàn)更高的CMRR、增益精度和更低的增益漂移。

交流性能

由于集成電路中的元件尺寸和走線長(zhǎng)度比印刷電路板小得多，因此相應(yīng)的寄生元件也更小，這使得AD8276/AD8277的交流性能得到提升。例如，其運(yùn)算放大器的正負(fù)輸入端子未直接引出，通過(guò)電阻內(nèi)部連接，降低了電容，提高了環(huán)路穩(wěn)定性和高頻下的CMRR。

應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)注意事項(xiàng)

在驅(qū)動(dòng)AD8276/AD8277時(shí)，必須使用低阻抗源，例如另一個(gè)放大器。即使源電阻只有幾千歐姆，也會(huì)使電阻比值失衡，從而顯著降低增益精度和CMRR。不過(guò)，由于所有配置的輸入電阻都有幾千歐姆，因此不需要高電流驅(qū)動(dòng)源，易于驅(qū)動(dòng)。

輸入電壓范圍

AD8276/AD8277能夠測(cè)量超出電源軌的輸入電壓。內(nèi)部電阻在電壓到達(dá)內(nèi)部運(yùn)算放大器之前進(jìn)行分壓，為運(yùn)算放大器輸入提供保護(hù)。輸入電壓范圍為 -2((V{S}) + 0.1) 至 +2((V{S}) - 1.5)，同時(shí)輸入集成了ESD二極管，提供過(guò)壓保護(hù)。

電源配置

該產(chǎn)品可在2V至36V的單電源或±2V至±18V的雙電源下工作。為確保最佳性能，用戶(hù)需要通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)置條件確保內(nèi)部運(yùn)算放大器正確偏置。運(yùn)算放大器的內(nèi)部輸入端子與正電源軌之間至少需要1.5V的電壓裕量，即： [frac{R 1}{R 1+R 2} × V{R E F}<+V{S}-1.5 V] 同時(shí)，建議使用穩(wěn)定的直流電壓供電，并在每個(gè)電源引腳和地之間放置0.1μF的旁路電容和10μF的鉭電容。

典型應(yīng)用電路

• 差分輸出：可將AD8226儀表放大器的單端輸出轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，內(nèi)部匹配電阻可提高增益精度，并準(zhǔn)確設(shè)置和跟蹤共模電壓。
• 電流源：AD8276可作為電壓 - 電流轉(zhuǎn)換器或精密恒流源的一部分。內(nèi)部電阻緊密匹配，可減少誤差和溫度漂移，建議使用精密外部電阻以保持性能。
• 電壓和電流監(jiān)測(cè)：可用于電力線計(jì)量、保護(hù)、電機(jī)控制和電池監(jiān)測(cè)等應(yīng)用，能夠監(jiān)測(cè)電壓和電流，并在信號(hào)超出臨界水平時(shí)觸發(fā)相應(yīng)事件。
• 儀表放大器：與ADI公司的低功耗放大器結(jié)合使用，可構(gòu)建低功耗、低成本的儀表放大器，提供高阻抗輸入和高CMRR。
• RTD測(cè)量：在遠(yuǎn)程3線RTD系統(tǒng)中，可有效測(cè)量由導(dǎo)線電阻引起的誤差，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量和穩(wěn)定性能。

總結(jié)

AD8276/AD8277差分放大器憑借其低功耗、寬電源范圍、高帶寬和高CMRR等特性，為電子工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。無(wú)論是在便攜式設(shè)備、測(cè)試測(cè)量儀器還是工業(yè)控制等領(lǐng)域，都能發(fā)揮出其卓越的性能。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理配置電路，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎一起交流探討。