AD636：低電平真有效值轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，準(zhǔn)確測量交流信號的有效值至關(guān)重要。而ADI公司的AD636低電平真有效值轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器，無疑是這一領(lǐng)域的得力助手。今天，我們就來深入探討一下AD636的特點(diǎn)、工作原理、性能表現(xiàn)以及應(yīng)用場景。

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一、AD636的特性亮點(diǎn)

高精度轉(zhuǎn)換

AD636能夠?qū)崿F(xiàn)真有效值到直流的轉(zhuǎn)換，具有出色的精度。它有兩種精度等級可供選擇，J版本的總誤差通常小于±0.5 mV ± 1.0%的讀數(shù)，而AD636K的總誤差小于±0.2 mV至±0.5%的讀數(shù)。這種高精度使得它在對測量精度要求較高的場合中表現(xiàn)出色。

寬響應(yīng)范圍

該轉(zhuǎn)換器具備寬響應(yīng)能力，能夠計(jì)算交流和直流信號的有效值。在(V_{rms} > 100 mV)時，-3 dB帶寬可達(dá)1 MHz，能夠滿足多種頻率信號的測量需求。

低功耗設(shè)計(jì)

AD636的靜態(tài)電流僅為800 μA，非常適合電池供電的便攜式儀器。它可以在單電源或雙電源下工作，電源電壓范圍從±2.5 V到±16.5 V或從+5 V到+24 V，具有很強(qiáng)的電源適應(yīng)性。

高性價比

作為一款單片集成電路，AD636不僅性能出色，而且成本較低。它提供了與價格更高的混合和模塊化轉(zhuǎn)換器相當(dāng)或更優(yōu)的性能，為工程師們提供了高性價比的解決方案。

二、工作原理剖析

AD636主要由絕對值電路（有源整流器）、平方/除法器、電流鏡和緩沖放大器四個主要部分組成。其實(shí)際計(jì)算遵循公式(V{rms}=Avgtimes[frac{V{IN}^{2}}{V{rms}}])。輸入電壓(V{IN})（可以是交流或直流）通過有源整流器轉(zhuǎn)換為單極性電流(I_1)，(I_1)驅(qū)動平方/除法器的一個輸入，其傳遞函數(shù)為(I_4=frac{I_1^{2}}{I_3})。輸出電流(I_4)通過由(R1)和外部連接的電容(C{AV})形成的低通濾波器驅(qū)動電流鏡。如果(R1)和(C{AV})的時間常數(shù)遠(yuǎn)大于輸入信號的最長周期，那么(I_4)將被有效平均。電流鏡返回一個等于(Avg[I_4])的電流(I3)，回到平方/除法器以完成隱式有效值計(jì)算。最終，電流鏡產(chǎn)生輸出電流(I{out})，其等于(2I4)，(I{out})可以直接使用，也可以通過(R_2)轉(zhuǎn)換為電壓，并由(A_4)緩沖以提供低阻抗電壓輸出。

三、性能表現(xiàn)展示

頻率響應(yīng)

AD636的頻率響應(yīng)與信號電平有關(guān)。從圖中可以看出，不同輸入電平下的頻率響應(yīng)曲線有所不同。例如，1 V rms信號在高達(dá)220 kHz時產(chǎn)生的額外誤差小于1%的讀數(shù)，而10 mV信號在高達(dá)14 kHz時可以以1%的讀數(shù)額外誤差（100 μV）進(jìn)行測量。

誤差與波峰因數(shù)

波峰因數(shù)（CF）是影響交流測量精度的一個重要因素，它定義為信號的峰值幅度與有效值的比值。常見波形如正弦波和三角波的波峰因數(shù)相對較低（<2），而類似低占空比脈沖序列的波形波峰因數(shù)較高。圖中展示了AD636在200 mV rms輸入信號下，波峰因數(shù)從1到7時的讀數(shù)誤差曲線?？梢钥吹剑S著波峰因數(shù)的增加，誤差也會相應(yīng)增大。

四、應(yīng)用場景及電路連接

標(biāo)準(zhǔn)連接

對于大多數(shù)高精度有效值測量，AD636的連接非常簡單，只需要一個外部電容來設(shè)置平均時間常數(shù)。在這種配置下，AD636可以測量輸入處存在的交流和直流電平的有效值，但對于低頻輸入會顯示出與濾波電容(C_{AV})相關(guān)的誤差。如果需要拒絕直流輸入，可以在輸入處串聯(lián)一個非極性電容。

高精度可選調(diào)整

如果需要進(jìn)一步提高AD636的精度，可以添加外部調(diào)整電路。通過調(diào)整(R_4)可以調(diào)整偏移，使用(R_1)可以調(diào)整比例因子。調(diào)整過程包括將輸入信號接地，調(diào)整(R_4)使輸出為0 V；然后連接所需的滿量程輸入電平，調(diào)整(R_1)使輸出達(dá)到正確值。

單電源連接

AD636也可以在單電源下工作。通過在COM引腳連接三個外部偏置組件，可以實(shí)現(xiàn)單電源供電。這種連接方式下，信號范圍會比雙電源連接略受限制，但可以滿足一些特定應(yīng)用的需求。

平均時間常數(shù)的選擇

AD636可以計(jì)算交流和直流信號的有效值。當(dāng)輸入是緩慢變化的直流電壓時，輸出能夠精確跟蹤輸入；在較高頻率下，輸出接近輸入信號的有效值。實(shí)際輸出與理想輸出之間存在直流（或平均）誤差和一定量的紋波。選擇合適的平均時間常數(shù)(C{AV})對于減少紋波和提高測量精度至關(guān)重要。較大的(C{AV})可以減少紋波，但會增加輸入電平階躍變化時的建立時間；而使用后置濾波器是一種更好的減少輸出紋波的方法。

五、典型應(yīng)用案例

完整的交流數(shù)字電壓表

基于AD636設(shè)計(jì)的完整低功耗交流數(shù)字電壓表電路，通過10 MΩ輸入衰減器可以實(shí)現(xiàn)200 mV、2 V、20 V和200 V rms的滿量程范圍。信號通過電容耦合到AD636的緩沖放大器，緩沖放大器以交流自舉配置連接以最小化負(fù)載。ADC的COM端子為AD636提供單電源操作所需的假地。

低功耗、高輸入阻抗dB計(jì)

便攜式dB計(jì)電路結(jié)合了AD636有效值轉(zhuǎn)換器、AD589電壓參考和μA776低功耗運(yùn)算放大器的功能。該電路使用AD636的內(nèi)置緩沖放大器作為自舉輸入級，將正常的6.7 kΩ輸入阻抗提高到約(10^{10} Omega)。它在消耗標(biāo)準(zhǔn)9 V晶體管收音機(jī)電池的最小功率的同時，提供了出色的帶寬和卓越的高低電平精度。

六、總結(jié)與思考

AD636作為一款優(yōu)秀的低電平真有效值轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器，憑借其高精度、寬響應(yīng)范圍、低功耗和高性價比等特點(diǎn)，在電子測量領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇精度等級、電源配置和外部組件，以充分發(fā)揮AD636的性能優(yōu)勢。同時，我們也應(yīng)該關(guān)注波峰因數(shù)等因素對測量精度的影響，通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和調(diào)整參數(shù)來提高測量的準(zhǔn)確性。大家在使用AD636的過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評論區(qū)分享交流。