AD622
低价格仪表放大器的特点及应用
四川省英世模拟器件有限公司(610041) 吴星明
摘 要：介绍了AD622仪表放大器的主要特点和使用方法，并指出AD622与AD620及IN118的使用方法、引脚排列和功能完全相同，可以互换。最后给出单电源正负限输出仪表放大器应用实例。
关键词：仪表放大器
低价格
AD622是美国ADI公司1996年推出的一种低成本、中等精度的仪表放大器，它只需一只外
接电阻便可设置2～1000范围内的任何增益。如果增益为1，无需外接电阻。AD622是一种完整的差分或减法放大系统，由于对内部匹配电阻进行了精密激光修整，所以具有优良的线性度和共模抑制。
图1 AD622引脚排列
AD622可以取代低价格、分立的双运放或三运放结构仪表放大器的设计方案，并且具有优良
的共模抑制、线性度、温度稳定性、可靠性并节省印制线路板面积。为了达到必须考虑的价
格目标，有了低价格的AD622，则无需再用分立器件设计仪表放大器。
1 AD622的主要特点
AD622的工作原理、引脚排列及其功能与AD620完全相同，也是根据典型的三运放结构改进而成的一种单片仪表放大器。AD622有两种封装形式：一种是塑封DIP，另一种是表面贴SOIC封装，其引脚排列如图1所示，主要特点归纳如下。
特点
· BurrBrown公司产品IN118的改进型
· 低价格
· 使用方便
· 性能优于自制的双运放或三运放仪表放大器
· 仅用一只外接电阻设置增益，范围为2～1000
· 单位增益无需外接电阻
· 宽电源范围：±26～±15V
· 低功耗，电源电流最大15mA
· 8脚 PDIP和SOIC封装
· 优良的直流性能
增益精度：015%(G=1)
输入失调电压：最大250μV
输入失调漂移：最大20μV/°C
输入偏置电流：最大5μA
共模抑制比：最小66dB(G=1)
· 低噪声
输入电压噪声：12nV/Hz，在1kHz时；
060μV PP (01～10Hz，G=10)
· 优良的交流性能
带宽800kHz(G=10)
达01%建立时间10μS(G=1～100)
转换速率12V/μS
应当指出的是，AD622有些技术指标，例如共模抑制、线性误差、动态响应、参考输入、电
源等，优于或等于AD620。有些技术指标，如失调电压、输入电流、噪声等，稍低于AD620。
但是AD622的价格比AD620便宜，所以AD622倍受用户青睐。在精度要求不太高的一般应用场
合，这两种器件完全可以替换。
另外，ADI公司的AD622仪表放大器是BurrBrown公司的INA118仪表放大器的改进型，其技
术指标对比见表1。这两种器件的引脚排列及其功能完全兼容，用户可以根据需要合理选择
或相互替换。
2 AD622的使用方法
AD622主要用于传感器接口、低价格热电偶放大器、工业过程控制、差分放大器及低价格数
据采集等。有关AD622的使用方法介绍如下。
21 增益电阻的选择
根据AD622的电路结构，可以得到增益计算公式：G=(R 1 +R 2 )/RG +1，其中内部增益电阻R 1 和R 2 都调整到绝对值2525kΩ，所以只需一只外接电阻R
G 便可准确设置增益。增益电阻R G 的选择，按下式计算：R G =50.5kΩ/(G-1)。
AD622的增益通过外接电阻R
G 进行设置，或更准确地说，通过1脚和8脚之间的阻抗来
确定。AD622的增益应该设计成尽量接近1%误差标准电阻的整数值。应该注意，对于G=1，
引脚不连接(R G =∞)。为了使增益误差最小，以避免大的寄生电阻串入R G ，同时也为了使R G 具有最小的增益漂移，应该选用模拟器件天地
1997年第3期模拟器件应用专文
图2 射频干扰衰减电路
表1 AD622与INA118技术指标对比表
注： FSR——满量程范围 G——仪表放大器增益
低温度系数(TC)的R G 。为了达到最佳性能，TC应低于10ppm/°C。22 输入和输出失调电压AD622的误差很低，有两个误差源：输入误差和输出误差。当折合到输入端(RTI)时，输出误差除以增益。实际上，在高增益时，输入误差起主要作用；在低增益时，输出误差
起主要作用。对给定增益，总失调电压(V OS )由下式计算：
总误差RTI=输入误差+输出误差/增益
总误差RTO=输入误差×增益+输出误差
其中RTO表示折合到输出端。
23 参考端
参考端电位确定零输出电压，当负载与系统的底座不明确共地时特别有用。它提供一种对输出引入精密补偿的直接方法，其允许范围为电源电压以内的2V。为获得最佳的共模抑制(CMR)应使寄生电阻最小。
24 输入保护
AD622的特点是在它的两个输入端内部分别串联一只400Ω薄膜电阻，这样就可以安全地耐受输入过载电压高达±25V或±60mA长达几小时之久。对于所有的增益并且当电源接通和切断时均有保护作用，在信号源和放大器分别供电的情况下尤为重要。对于连续输入过载，电流不应超过6mA(I
IN ≤V IN /400Ω)。当输入电压过载超过电源电压时，把输入电压箝位到电源电压(使用一个二极管，例如IN4148)，这样减少必要的电阻，从而产生较低的噪声。
25 射频干扰
所有的仪表放大器都能对带外信号检波。这些被检波的信号在输出端都呈现为直流失调误差。为了防止进入差分输入端的噪声，可采用一种低通滤波器，如图2所示。在仪表放大器的两个输入端连接一个电容器，连同两只外接电阻构成一个差分低通滤波器。使用差分连接电容器带来的好处是降低共模电容不平衡，以便维持高频共模抑制。在传感器是电阻温度计(RTD)和电阻应变计的应用中，如果传感器的物理位置靠近放大器的输入端，则这种低通滤波器中的电阻器可以省略。值得注意的是，电阻器的允许误差
图3 共模屏蔽驱动电路
图4 基本接地方法实例
图5(a) 变压器耦合输入偏置电流的接地回路
图5(b) 热电偶输入偏置电流的接地回路
图5(c) 交流耦合输入偏置电流的接地回路
配、布线不好及(由大电阻引起的)过量的热噪声都会降低这种滤波器的效果。在许多应用中为减小噪声使用蔽屏电缆，在工作频率范围内为达到最佳共模抑制(CMR)，对屏蔽电缆应该适当驱动。图3示出了一种有源防护驱动的接线方法，通过“自举”输入屏蔽电缆电容来改善交流共模抑制，从而使两个输入端之间的电容失配最小。
26 接地
因为AD622的输出电压与参考端的电位有关，所以通过简单连接REF(参考端)至适当的局部接地点能够解决许多接地问题。但是为了得到最佳的CMR，REF脚应接到一个低阻抗接点为了使接地回路阻抗(以及直流误差)减到最小，推荐使用接地平面。为了把很小的模拟信号与噪声数字环境隔离，许多数据采集器件都把模拟地和数字地引脚分开(见图4)。来自混合信号器件(例如模数转换器)的所有接地引脚都应该通过“高质量”的模拟地平面返回。模拟地与数字地之间的最大隔离是通过连接在电源返回的接地平面实现的。来自模数转换器的数字返回电路沿着模拟地平面流动，这样通常可以忽略噪声对性能的影响。
27 输入偏置电流接地回路
输入偏置电流是加在运算放大器三极管偏置输入端所需要的电流。这种电流必须有一条直接返回路径，因此当放大“浮动”输入信号源时，例如变压器或交流耦合信号源，从每一个输入端到地必须有一个直流路径，如图5(a),(b),(c)所示。
3 单电源正负限输出仪表放大器
从单电源、低电压(5V或33V)条件下获得高性能的线性电路，这种要求越来越强烈。虽然
现在已有一些精密单电源运算放大器，例如OP213，OP291和OP284，以及一些高性能的单电
源仪表放大器，例如AMP04和AD626，但是具有最高性能的仪表放大器仍然是双电源供电。
要获得高精度和单电源工作的一种方法是利用通常的传感器(例如应变计)来提供一个以电源
电压(或参考电压)中点为中心的输出信号，其中信号调节放大器的输入不能靠近“地”或正
电源电压。
在这种条件下，以电源中点为参考端的双电源仪表放大器后面再接一个电源正负限运算放大
器(railtorail amplifier)作为增益级，可以给出非常高的直流精度。图6示出了一
种以+5V单电源供电的这种高性能组合仪表放大器。这个电路用一只AD622低成本仪表放大器
作为输入级和一只AD822 JFET输入的电源正负限输出双运放作为输出级。
在这个电路中，R 1 与R 2 构成一个分压器，利用电位器P 1 进行细调，它将5V电压分压到25V。将这个电压加到AD822的其中一个运放A
1 的输入端进行缓冲，形成低阻抗信号源，用以驱动AD622的输出参考端。AD622的参考输入端具有10kΩ的输入电阻，所以输入信号电流最大为200μA。AD822的另一个运放A
2 接成增益为3的反相器，并且使其输出能
达到±25V，即电源的正负限。但AD622的输出只能达到±083V。AD622这个输出电压范
围是它的正常工作范围，因而保证了双电源前端输入级能达到很高的线性度。应该注意到
，最终输出电压的测量应该相对+25V参考电压而不是相对地。
这种组合式仪表放大器的通用增益公式应为：增益=(505kΩ/R G +1)(R F /R I )
AD822输出级在增益高至300的情况下，具有好的瞬态响应和超过100kHz的小信号带宽。为减小噪声干扰，建议在A 2 的反馈电阻两端并联一只电容器，把电路的带宽限制到感性趣
的频段。另外，为了防止输入级的检波效应，在AD622的输入端推荐使用一只可选的1kHz滤波器。有关AD622的详细技术资料及选购业务请与北京市英赛尔器件集团及其分公司联系。
参考文献
1 Analog Devices Inc.,Low Cost Instrumentartion Amplifier AD622,Data Sheet,1996.
2 BurrBrown Inc.,Data Book Linear Products,1995
3 Aualog Devices Inc.,Practical Analog Design Techniques,1995