最爱ADI放大器之AD215 by 1901818846@qq.com
AD215是一款速度高达 120kHz的高速隔离放大器，其在强干扰的工业环境下的应用非常广泛，比如电机控制和多路高速数据采集系统。
1. AD215的内部结构与工作原理
AD215是美国AD公司出品的模拟信号输入输出隔离放大器,是技术先进,功能完整的隔离放大器,大多数的模拟信号经 AD215隔离后的动态性能和频带宽度均不受影响。AD215的速度和准确度可满足几乎所有的测量场合的速度和频带的应用要求,它的额定功率带宽为120kHz,满量程线性误差为0.005%,隔离电压有效值为1500V,适用于高速模拟信号采集系统。AD215具有以下特点:○设计巧妙,使用方便。○输入电路与输出电路之间用电流隔离。○采用430kHz载频调幅技术实现DC-120kHz模拟信号的精密变压器耦合。○内部含有浮动电源,电流为10mA，±15VDC-DC电源变换器,从而节省了设备隔离输入端信号调理器件或远程传感器所需要的DC/DC电源变换器。
另外,AD215内部还含有一个备用的远程输入放大器(用户外接反馈电阻,增益可选1～10),一个±10V输出范围的缓冲器,以及一个输出电压失调调整端。为了进一步降低输出噪声,AD215还带有一个150kHz贝塞尔低通滤波器。AD215 的内部结构如下图所示。
引脚及引脚定义如下图。
2.AD215的应用与电路设计
笔者曾经把AD215用于交流应变测量系统，取得了很好地效果。在振动测量中,人们更关心的是信号的交流分量,而不是直流分量。由于AD215的频带很宽因而很适合这类高速信号的测量。在这类交流传感器测量系统中,主要要考虑的指标是带宽，压摆率和谐波失真。为提高系统抗干扰性能,自然需要进行隔离。下图所示就是采用隔离放大器 AD215。采用了两片灵敏度为 3mV/V的应变片和一个输出±1.2V的激励基准源,使总的灵敏度达到±6.6mV,经 454 倍放大后信号电压可达±3.3V。应变片使较低的激励信号前端电路都可由AD215的隔离电源来供电。应变桥路仅消耗3.5mA的电流,这样可为AD648和 AD744提供充足的电源,双运放AD648耗电为0.4mA,高速运放AD744耗电4mA(静态电流）
AD215的输出部分有输出失调调整电路,可以外接电位器调整电路的输出零点偏移。在需要对AD215的增益和失调进行调整时,应遵循如下几点:(1)增益的调整应在输入放大器的增益设置网络内进行。(2)为保证增益的稳定性,增益调节电位器应紧靠输入放大器,并采用小阻值的电位器。调节范围也应尽可能地小,因为放大器的分辨率和稳定性都取决于所使用的电位器的性能。(3)有必要时可在输出端进行调节。由于在调整过程中,输入端有可能存在很高的共模电压,对使用者造成危害。
(4)通常先进行输入失调的调整,后进行增益调整 。(5)所有的调整应在AD215预热10分钟后进行。AD215输出失调调整电路如下。
3. AD215的主要性能指标
AD215的主要性能如下：
动态性能:AD215在±10V信号范围内,额定功率带宽典型值为120kHz,转换速率典型值为120kHz,0.1%的建立时间为9μs。
准确度 :AD215的线性误差典型值为±0.005%,FSR(满量程),在1kHz条件下谐波失真为-80dB,输入噪声20nV/(Hz)1/2 ,相位延迟2.2μs。确保完整的隔离,无损信号的完整性。隔离性能:AD215可以提供最大1500Vrms的共模隔离电压,可做到100%检查合格。它具有4.5pF的共模电容（包括内部DC/DC电源变换器隔离的共模电容),典型共模抑制105dB(60Hz时),最大电容漏电流2.0μA(在 240Vrms,60Hz的条件下)。
温度范围:AD215 在扩展的工业温度范围内(-40～85℃)的额定性能符合要求。高速信号响应:AD215对阶跃信号有很好的响应能力。它在达到快速转换速率和建立时间的情况下,没有过冲。迄今为止还没有其它的模拟信号隔离放大器能在全部输入信号电压范围内达到如此高的信号响应。
使用便捷: AD215的直流性能及动态性能使其允许多路模拟输入通道经过多路转换器后以高的切换速率进入一个AD215。