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数据收集体系和可编程逻辑操控器(PLC)需求多功用的高功能模仿前端，以便与各种传感器进行接口，来准确、可靠地丈量信号。依据传感器详细类型和待测电压/电流起伏的不同，信号或许需求扩大或衰减，然后匹配模数转化器(ADC)的满量程输入规模，以供进一步的数字处理和反应操控。
数据收集体系的典型电压丈量规模是从±0.1 V到±10 V。经过挑选正确的电压规模，用户直接的更改体系增益，使模数转化器(ADC)输入端的采样电压起伏最大，然后最大程度地进步信噪比(SNR)和丈量精度。在典型的数据收集体系中，需求衰减的信号与需求扩大的信号别离经过不同的信号途径进行处理，这一般导致体系规划更为杂乱，需求额定的器材，而且占用更多的电路板空间。在同一信号途径中完结衰减和扩大的解决方案一般运用可编程增益扩大器和可变增益扩大器，但这些扩大器往往不能供给许多工业和仪器外表运用所需的高直流精度和温度稳定性。
有一种办法能够构建一个强壮的模仿前端，以便在单一信号途径中完结衰减和扩大，而且供给差分输出来驱动高功能模数转化器，如图1所示，将一个可编程增益外表扩大器(PGIA)，如AD8250 （增益为1、2、5或10）,AD8251（增益为1、2、4或8）或AD8253（增益为1、10、100或1000）等，与一个全差分漏斗（衰减）扩大器，如AD8475等级联。该解决方案简略灵敏，具有高速特性，并供给超卓的精度和温度稳定性。
上述可编程增益外表扩大器供给5.3 GΩ差分输入阻抗和–110 dB总谐波失真(THD)，十分合适与各种传感器接口。当增益为10时，AD8250的确保特性包含：3 MHz带宽、18 nV/√Hz电压噪声、685 ns的0.001%树立时刻、1.7 μV/°C失调漂移、10 ppm/°C增益漂移以及90 dB共模抑制比（DC至50 kHz）。精细直流功能与高速才能的结合，使得这些扩大器十分合适具有多路复用输入的数据收集运用。
AD8475是一款高速、集成精细电阻的全差分漏斗扩大器，供给0.4或0.8倍的精细衰减、共模电平转化、单端差分转化及输入过压维护等功用。这个易于运用、彻底集成的精细增益模块选用+5 V单电源供电时，能够处理最高±10 V的信号电平。因而，它能使工业电平信号与低压、高功能、采样速率高达4 MSPS的16位和18位逐次迫临(SAR)型ADC的差分输入规模匹配。
如图1所示，AD825x和AD8475合作作业，构成一个灵敏的高功能模仿前端。表1列出了能够完结的增益组合，详细取决于输入和输出电压规模要求。
表1. AD8475与AD8250、AD8251或AD8253组合能够完结的输入电压规模和增益
| 数据收集仪器丈量规模(V) | 峰峰值电压(V)ADC每路输入的最大电压(V | ADC每路输入的最大电压(V) | 全体体系体系增益 | AD825x 增益 | AD8475 增益 | 输入端的峰峰值电压 | AD825x输入电压限值 （维护ADC） |
|
| ±10 | 20 | 4.096 | 0.4 | 1 | 0.4 | 8 | 10.24 | AD8250 增益 |
| ±5 | 10 | 4.096 | 0.8 | 2 | 0.4 | 8 | 5.12 | |
| ±2 | 4 | 4.096 | 2 | 5 | 0.4 | 8 | 2.048 | |
| ±1 | 2 | 4.096 | 4 | 10 | 0.4 | 8 | 1.024 | |
| ±5 | 10 | 4.096 | 0.8 | 1 | 0.8 | 8 | 5.12 | |
| ±2.5 | 5 | 4.096 | 1.6 | 2 | 0.8 | 8 | 2.56 | |
| ±1 | 2 | 4.096 | 4 | 5 | 0.8 | 8 | 1.024 | |
| ±0.5 | 1 | 4.096 | 8 | 10 | 0.8 | 8 | 0.512 | |
| ±10 | 20 | 4.096 | 0.4 | 1 | 0.4 | 8 | 10.24 | AD8251 增益 |
| ±5 | 10 | 4.096 | 0.8 | 2 | 0.4 | 8 | 5.12 | |
| ±2.5 | 5 | 4.096 | 1.6 | 4 | 0.4 | 8 | 2.56 | |
| ±1 | 2 | 4.096 | 3.2 | 8 | 0.4 | 6.4 | 1.28 | |
| ±5 | 10 | 4.096 | 0.8 | 1 | 0.8 | 8 | 5.12 | |
| ±2.5 | 5 | 4.096 | 1.6 | 2 | 0.8 | 8 | 2.56 | |
| ±1 | 2 | 4.096 | 3.2 | 4 | 0.8 | 6.4 | 1.28 | |
| ±0.5 | 1 | 4.096 | 6.4 | 8 | 0.8 | 6.4 | 0.64 | |
| ±10 | 20 | 4.096 | 0.4 | 1 | 0.4 | 8 | 10.24 | AD8253 增益 |
| ±1 | 2 | 4.096 | 4 | 10 | 0.4 | 8 | 1.024 | |
| ±0.1 | 0.2 | 4.096 | 40 | 100 | 0.4 | 8 | 0.1024 | |
| ±0.01 | 0.02 | 4.096 | 400 | 1000 | 0.4 | 8 | 0.01024 | |
| ±5 | 10 | 4.096 | 0.8 | 1 | 0.8 | 8 | 5.12 | |
| ±0.5 | 1 | 4.096 | 8 | 10 | 0.8 | 8 | 0.512 | |
| ±0.05 | 0.1 | 4.096 | 80 | 100 | 0.8 | 8 | 0.0512 | |
| ±0.005 | 0.01 | 4.096 | 800 | 1000 | 0.8 | 8 | 0.00512 |
才能：输入电压规模和带宽
选用±15 V电源供电时，AD825x系列PGIA的最大输入电压规模约为±13.5 V（AD8250和AD8251供给最高超越电源轨13 V的额定过压维护）。在本运用中，对PGIA输入电压规模的有用约束由ADC输入的满量程电压规模和从传感器到ADC的信号途径增益设置。例如，18位2 MSPS PulSAR ADCAD7986选用2.5 V单电源供电，典型基准电压为4.096 V，其差分输入支撑最高±4.096 V的电压（输入电压0 V至4.096 V和4.096 V至0 V）。假如模仿前端的总增益设置为0.4，即AD825x的增益为1，AD8475的增益为0.4，则体系能够处理的输入信号最大起伏为±10.24 V。
为了确认体系所需的增益设置组合，应考虑ADC (VFS)的满量程输入电压以及传感器预计会供给的最小/最大电流或电压电平。
就其精度和功用水平而言，该模仿前端的速度和带宽极为超卓。该电路的速度和带宽由下列要素一起决议：
- AD825x树立时刻：关于10 V输出电压跃迁，AD8250的0.001%（16位）树立时刻为615 ns。
- AD825x压摆率：AD825x的压摆率在20 V/µs到30 V/µs之间，详细取决于增益设置。AD8475的压摆率为50 V/µs，因而体系受限于AD825x的压摆率。
- 抗混叠滤波器(AAF)截止频率：该滤波器由用户界说，用于约束ADC输入端的信号带宽，避免混叠，并进步信号链的信噪比（概况参看扩大器和ADC的数据手册）。
- ADC采样速率：AD8475能够驱动最高4 MSPS的18位分辨率转化器。
许多数据收集和进程操控体系需求丈量压力、温度和其它低频输入信号，因而前端扩大器的直流精度和温度稳定性关于体系功能至关重要。许多运用运用多个传感器，这些传感器以轮询方法多路复用衔接到扩大器输入端。一般而言，轮询频率远大于方针信号的带宽。当多路复用器从一个传感器切换到另一个传感器时，扩大器输入端阅历的电压改变是不知道的，因而规划有必要考虑最差状况——满量程电压跃迁。扩大器有必要能够在所分配的切换时刻内从该满量程跃迁完结树立，该树立时刻还有必要短于ADC收集信号所需的树立时刻。
在AD8475与ADC输入端之间，主张运用一个抗混叠滤波器(AAF)，以便对供给给ADC输入端的信号和噪声带宽进行约束，避免不需求的混叠效应，并进步体系的信噪比。此外，AAF能够吸收一些ADC输入瞬变电流，因而该滤波器也能在扩大器与ADC的开关电容输入端之间供给某种阻隔。AAF一般使用简略的RC网络完结，如图1中所示。滤波器带宽经过下式核算：
许多状况下，该滤波器的R和C值依据经历进行优化，以便为ADC供给必需的带宽、树立时刻和驱动才能。如需详细主张，请参看ADC数据手册。
结束语
AD8475与AD825x系列PGIA相结合，可完结一种简略灵敏、高功能、多功用的模仿前端。针对信号扩大和衰减处理，该模仿前端能够供给多种可编程的增益组合，然后优化不同的丈量电压规模。AD825x的功能和可编程才能十分合适多路复用型丈量体系，AD8475则能供给超卓的接口来衔接精细模数转化器。两种扩大器和谐作业以坚持传感器信号的完整性，为工业丈量体系供给一个高功能模仿前端。
有关AD8475用作精细逐次迫临型ADC驱动器的更多信息，请参看电路笔记CN-0180：用于工业级信号的精细、低功耗、单电源、全集成差分ADC驱动器。
