精密仪器放大器AD8225及其应用

1、精密仪器放大器AD8225及其应用1. 概述 AD8225是固定5倍增益的仪器放大器，该放大器的CMRR能抑制高频共模电压（10kHz下至少80dB），由此可抑制环境噪声和其他辐射源的噪声。扩展的共模电压（CMV）范围能使AD8225提取高共模增益直流电压甚至是低供电电压下的微弱差分信号。 目前公频电源线的环境噪声是50Hz及其一些谐波频率，400Hz下的供电系统能产生强环境噪声，如果能抑制掉该噪声，可实现高性能的共模抑制比。 低输入偏置电流和5V/s的高压摆率使AD8225可应用于多路复用系统中。固定5倍增益和宽共模电压输入范围使得AD8225可作为患者监测器使用。1.1 AD8225的主要

2、特点 不需外部元件 稳定性高，5倍增益 功耗低，最大电源电流1.2mA 供电电压范围宽：±1.7V±18V 单电源或者双电源供电 动态特性好： 共模抑制比高直流最小86dB 10kHz最小80dB 带宽范围宽900kHz（4V到36V单电源供电） 压摆率高最小5V/s 直流精确度高： 漂移增益低最大5ppm/输入失调电压低最大150V失调漂移低最大 2V/输入偏置电流低最大1.2nA1.2 管脚说明 AD8225有8个管脚，其表面封装管脚形式如图1所示，表1是各管脚功能说明。图1 表面封装管脚图 表1 管脚功能说明管脚号名称功能1NC可以连接到4管脚引入平衡电容CIN2-I

3、N反向输入端3+IN正向输入端4-VS负电源电压5REF参考端，连接到CMV6VOUT输出7+VS正电源电压8NC无连接2. 工作原理 AD8225是集成的三运放仪器放大器。如图2所示，输入缓冲器包括超 NPN型晶体管Q1和Q2，放大器A1和A2。增加晶体管之后可使偏置电流小于100pA。这样电流噪声也很低，约为50fA/。该输入缓冲器驱动一个5倍增益的差分放大器。由于3k和15k的电阻是按比例匹配的，因此增益的稳定性要好一些。高频特性可通过图3所示的电路得到加强。由于1管脚和8管脚悬空，1管脚可以和4管脚相连。4管脚也是交流公共端，因此可以使2管脚和3管脚的寄生电容达到平衡。图2 工作原理图

4、图3 对称输入寄生电容的管脚输出3. 应用3.1 精密的电压-电流转换器当模拟电压远距离传输时误差会随着周围的电器噪声、寄生电容或阻抗效应而加强。如果电压转换成电流，误差就会得到很好的控制。图4是AD8225作为传送和接受器的工作情况，满量程输出是5mA。图4 精密的电压-电流转换器如图所示，需要附加放大器和四个电阻组成转换器，AD8225可作为传送和接受部分来保持信号的完整性，接收器的高频共模特性可对传送线上的噪声进行抑制。接收器的参考端可以接地或接到ADC的参考端。3.2 驱动高分辨率的ADC 高精度ADC是差动模拟输入的，差动输入可使信噪比改善6dB并提供合成位分辨率。用两个AD8225

5、可以很容易实现这些特性。 AD8225经过配置可用来驱动差动输入的ADC。图5所示为差动输入的电路连接图。图5 差动输入ADC驱动电路 图5所示的AD7675是SAR型转换器。采样时，内部采样-保持电容充电到输入电压值。由于AD8225的输出不能跟踪瞬间的电流冲击，会产生电压故障。瞬间电流冲击是由于电容一端连到A/D输入端，一端接地造成的。由于AD8225的输出容许的电容最大值约为100pF，因此在每个放大器的输出都需要串连一个75的电阻以防抖动。3.3 作为参考输入 图5的5管脚是参考输入端，通过电压驱动。这是因为参考端内部连接一个15k的电阻，来平衡共模增益。若有其它电阻连接到该节点会使两

6、个3k和15k组成的网桥失去平衡，进而在输入管脚产生误差电压。3.4 作心电图的前置电路 AD8225可作为心电图ECG和其它微弱信号的生物医学放大器。共模抑制比和共模电压的特点使得AD8225适合于微弱心电信号的检测。放大器的差动电路会提取和放大被高共模的直流和交流电压淹没的微弱信号。 典型的ECG放大器电路如图6所示，电路图包括滤波器、高电压保护装置、导联选择电路、导联缓冲和ADC。这种仪器放大器还必须提供精确的网络平衡电阻和匹配放大器。 AD8225不仅可代替图6中的虚线部分，而且还能解决设计ECG前置电路时的一些问题。这些问题包括交流噪声源和不平衡电极产生的噪声，这些噪声电压可以超过要

7、采集的QRS波信号。图6 作为隔离组成部分的ECG监视器前置电路 图6中是传统的三运放电路，第一级由A1和A2组成，增益约为10，加上后一级，总体的增益大约为1000。输入端扩大了共模电压范围，如果供电电压为±5V，共模电压范围在-3.1V到+3.8V之间，同样增益下相比于传统的放大器输入范围提高了7。 图7为AD8225作为ECG的前置电路的工作原理图。在低成本设计系统中，AD8225可以连接到患者身上。如果需要缓冲器，AD8225可代替高成本的精确网络电阻和放大器。图8为图7电路的心电波形检测结果。图7 ECG监测器前置电路 图8 ECG波形3.5 高压摆率的优点 AD8225的压摆率为5V/s，这和大多数的运算放大器的压摆率一样高。当系统作为多路传感器使用时具有优势。例如，如图9所示，一个模拟复用器可选择不同的管脚连接到传感器上，如果AD8225驱动一个ADC，所需时间受选择新的管脚后放大器趋于稳定状态的时间所限制。高压摆率利于该功能的实现，尤其是当差动输入变化很大的情况下。图9 与ADG409模拟复用的连接电路 图10所示为AD8225与ADG409模拟复用连接电路的响应曲线。四个复用输入中的两