单电源42V系统差分放大器AD8205：特性、应用与设计要点

作为电子工程师，在设计电路时，常常需要处理在大共模电压下放大小差分电压的问题。今天要给大家介绍一款出色的单电源差分放大器——Analog Devices的AD8205，它在电流检测等应用中表现卓越。

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一、AD8205的突出特性

1. 适应电流检测应用

AD8205非常适合电流分流应用，具有很宽的共模电压范围。其工作共模电压范围为 -2V 至 +65V，生存共模电压范围更是达到 -25V 至 +75V，这使得它在复杂的电气环境中能稳定工作。

2. 稳定的增益和宽温度范围

固定增益为 50V/V，且在不同温度等级下有良好表现。Y 和 W 级的工作温度范围是 -40°C 至 +125°C，H 级则可在 -40°C 至 +150°C 的高温环境下正常工作，满足了多种工业和汽车应用的需求。

3. 双向操作能力

支持双向操作，可用于测量双向电流，这在一些需要监测正反向电流的应用中非常实用。

4. 优秀的AC和DC性能

偏移漂移仅 15µV/°C，增益漂移为 30ppm/°C，在直流至 20kHz 的频率范围内共模抑制比（CMRR）达到 80dB，能有效抑制共模干扰，保证测量的准确性。

二、详细的规格参数

1. 增益与精度

初始增益为 50V/V，在 25°C 且输出电压 (VO ≥ 0.1V{dc}) 时，增益精度为 ±1%。在指定温度范围内，增益精度变化不超过 ±1.2%，增益随温度的变化率为 ±30ppm/°C。

2. 输入特性

输入失调电压在 25°C 时为 ±2mV，在全工作温度范围内最大为 ±4.5mV，失调漂移为 15µV/°C。差分输入阻抗为 400kΩ，共模输入阻抗为 200kΩ，输入电压范围的共模部分为 -2V 至 65V，差分部分为 ±100mV（半量程偏移时）。

3. 输出特性

输出电压范围在负载电阻 (R_L = 25kΩ) 时为 0.05V 至 4.8V，输出电阻较小。

4. 动态响应

小信号 -3dB 带宽为 50kHz，压摆率为 0.5V/µs，能快速响应输入信号的变化。

5. 噪声性能

在 0.1Hz 至 10Hz 频率范围内，输入参考噪声为 20µVp-p，1kHz 时的频谱密度为 0.5µV/√Hz。

6. 电源相关参数

工作电源范围为 4.5V 至 5.5V，静态电流在不同温度等级下有所不同，Y 和 W 级不超过 2mA，H 级不超过 2.2mA，电源抑制比为 70dB。

三、工作原理剖析

AD8205采用独特架构，通过输入衰减网络和两级放大来实现对小差分电压的精确放大。输入衰减网络由 (R_A)、(R_B) 和 (R_C) 组成，将共模电压降低以匹配第一级放大器 A1 的输入范围，输入衰减比为 1/16.7。A1 对衰减后的信号进行 26 倍放大，A2 将 A1 的差分输出转换为单端信号并进一步放大 32.15 倍，总增益达到 50V/V。参考输入 VREF1 和 VREF2 可用于调整输出偏移，方便实现不同的输出配置。

四、输出偏移调整方式

1. 单向操作

• 接地参考输出：将 VREF1 和 VREF2 都接地，输入差分电压为 0V 时，输出位于负轨附近（约 0.05V），输入为 100mV 时，输出达到 4.8V。
• V+参考输出：把两个参考引脚都连接到正电源，输入为 0V 时输出为 4.8V，输入 100mV 时输出降至 0.05V。

2. 双向操作

通常将输出设置在半量程（如 (V_+=5V) 时，(V_o = 2.5V)），以实现双向电流测量。通过向参考输入施加电压来调整输出。

3. 外部参考输出

将 VREF1 和 VREF2 连接在一起并接到参考电压，无差分输入时输出为参考电压，输入为负时输出从参考电压下降，输入为正时输出上升。

4. 电源分割和外部参考分割

• 电源分割：一个参考引脚接 V+，另一个接地，无差分输入时输出为电源电压的一半，且输出与电源成比例，不受电源波动影响。
• 外部参考分割：一个 VREF 引脚接地，另一个接外部参考电压，可将外部参考电压精确地二分。

五、典型应用电路

1. 带低端开关的高端电流检测

适用于 PWM 控制的电磁阀应用，如液压传动控制和柴油喷射控制。开关接地，电感负载接电源，电阻分流器置于开关和负载之间。这种配置能测量包括再循环电流在内的全部电流，还能检测接地短路故障。

2. 带高端开关的高端电流检测

开关和分流器都位于高端，可减少电磁阀意外启动和过度腐蚀的风险。开关断开时，可防止负载接地短路损坏，同时仍能测量再循环电流并进行诊断。

六、封装与订购信息

AD8205采用 8 引脚 SOIC 封装，有多种温度等级和包装选项可供选择。其中，AD8205WYRZ 和 AD8205WHRZ 为汽车级产品，经过严格的制造控制，以满足汽车应用的质量和可靠性要求。

在实际设计中，大家可以根据具体的应用场景和需求，合理选择 AD8205 的型号和配置方式。那么，你在工作中有没有遇到过类似需要处理大共模电压下小差分信号放大的问题呢？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。