AD8436：新一代低功耗真有效值轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子工程領(lǐng)域，精確測(cè)量交流信號(hào)的有效值是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)。今天，我們將深入探討一款備受矚目的器件——AD8436，它是新一代的跨線性精密、低功耗真有效值轉(zhuǎn)直流（RMS-to-DC）轉(zhuǎn)換器，為我們帶來了諸多令人驚喜的特性和功能。

文件下載：AD8436.pdf

一、AD8436特性亮點(diǎn)

1. 精確測(cè)量與快速響應(yīng)

AD8436能夠精確計(jì)算交流波形有效值的直流等效值，包括開關(guān)電源和三端雙向可控硅等產(chǎn)生的復(fù)雜波形。其精度在寬輸入電平范圍和溫度范圍內(nèi)都能得到保證，確保了測(cè)量的準(zhǔn)確性。同時(shí)，它在所有輸入電平下都能實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定，為實(shí)時(shí)測(cè)量提供了有力支持。

2. 寬動(dòng)態(tài)輸入范圍與帶寬

它擁有從100 μV rms到3 V rms（8.5 V p-p）的全量程輸入范圍，還能通過外部縮放處理更大的輸入信號(hào)。其帶寬表現(xiàn)也十分出色，在300 mV輸入時(shí)，-3 dB帶寬可達(dá)1 MHz，65 kHz時(shí)附加誤差僅為1%，能夠滿足不同頻率信號(hào)的測(cè)量需求。

3. 低功耗與高集成度

AD8436的功耗極低，典型值為300 μA（±2.4 V），適合用于便攜式萬用表等電池供電的應(yīng)用。它還集成了高阻抗FET輸入緩沖器和精密直流輸出緩沖器，提供了豐富的配置選項(xiàng)，且采用了4 mm × 4 mm LFCSP和8 mm × 6 mm QSOP等小型封裝，便于在緊湊的應(yīng)用中使用。

4. 其他優(yōu)勢(shì)

該器件具有零轉(zhuǎn)換器直流輸出偏移、無殘留開關(guān)產(chǎn)物等優(yōu)點(diǎn)，在CF值介于1到10之間時(shí)，波峰因數(shù)誤差小于0.5%。此外，它還具備ESD保護(hù)功能，增強(qiáng)了器件的可靠性。

二、工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

AD8436的核心是RMS計(jì)算單元，通過對(duì)輸入交流信號(hào)進(jìn)行平方、積分等運(yùn)算，最終輸出其有效值對(duì)應(yīng)的直流電壓。輸出端的16 kΩ電阻將輸出電流轉(zhuǎn)換為直流電壓，該電壓可連接到輸出緩沖器或后續(xù)電路。核心具有電流和電壓兩種輸出方式，可根據(jù)不同的配置需求進(jìn)行選擇。

1. FET輸入緩沖器

由于AD8436 RMS核心的V-to-I輸入電阻值為8 kΩ，為避免信號(hào)衰減，通常會(huì)在RMS-to-DC轉(zhuǎn)換器和有限阻抗源之間使用高輸入阻抗的FET輸入緩沖器。該緩沖器的帶寬與RMS核心帶寬匹配良好，能有效減少信息損失。芯片上還提供了可選的10 kΩ輸入和反饋電阻，可用于調(diào)整緩沖器的增益。輸入緩沖器在10 mV rms輸入時(shí)，3 dB帶寬為2.7 MHz；在1 V rms輸入時(shí)，約為1.5 MHz。

2. 精密輸出緩沖器

精密輸出緩沖器是一個(gè)雙極輸入放大器，經(jīng)過激光微調(diào)以消除輸入失調(diào)電壓誤差。其供電電流很低（通常<50 μA），在不需要時(shí)可斷開電源以節(jié)省功耗。該緩沖器可配置為單極或雙極低通濾波器，有效減少輸出紋波，同時(shí)不影響轉(zhuǎn)換后的直流輸出。

三、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 平均電容與紋波濾波

在AD8436的應(yīng)用中，平均電容（CAVG）的選擇至關(guān)重要。它用于對(duì)輸入信號(hào)的平方和進(jìn)行積分，其值直接影響RMS轉(zhuǎn)換精度和輸出紋波。我們可以通過參考RMS誤差與頻率的關(guān)系圖，根據(jù)所需的精度和工作頻率來選擇合適的電容值。對(duì)于紋波的處理，除了增大平均電容外，還可以采用后轉(zhuǎn)換濾波的方式。在輸出端連接一個(gè)電容到OUT引腳，利用其與16 kΩ輸出電阻的組合實(shí)現(xiàn)濾波，這種方法能以較小的電容值達(dá)到較好的紋波抑制效果。

2. 電容類型選擇

當(dāng)選擇CAVG電容類型時(shí)，需要根據(jù)輸入信號(hào)的幅度進(jìn)行權(quán)衡。對(duì)于輸入幅度通常大于1 mV的應(yīng)用，如大多數(shù)數(shù)字萬用表或功率測(cè)量應(yīng)用，表面貼裝鉭電容是綜合考慮空間、性能和經(jīng)濟(jì)性的最佳選擇。而對(duì)于輸入幅度小于1 mV的情況，應(yīng)選擇低直流泄漏電容，如薄膜電容或X8L MLC電容，以確保RMS轉(zhuǎn)換精度。

3. 基本連接與信號(hào)源匹配

許多應(yīng)用只需要一個(gè)外部平均電容即可實(shí)現(xiàn)基本功能。信號(hào)源應(yīng)盡量接近理想電壓源（0 Ω源阻抗），以避免信號(hào)衰減。為實(shí)現(xiàn)AD8436接近零輸出偏移電壓的特性，需要使用輸入耦合電容，其值可根據(jù)最低預(yù)期工作頻率進(jìn)行選擇，一般可與平均電容相同或?yàn)槠湟话搿?/p>

4. 波峰因數(shù)處理

在處理具有高波峰因數(shù)的信號(hào)時(shí)，AD8436提供了獨(dú)特的解決方案。通過連接一個(gè)0.1 μF的波峰因數(shù)電容（CCF），可以有效減少波峰因數(shù)誤差。該電容在脈沖期間充電并存儲(chǔ)能量，在脈沖間隔期間釋放能量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)能量的平均。

5. 輸入與輸出緩沖器配置

輸入緩沖器可根據(jù)需要配置為不同的增益。對(duì)于單位增益，將IBUFOUT引腳連接到IBUFIN?引腳；對(duì)于2倍增益，將IBUFGN引腳接地。為避免緩沖器失調(diào)電壓對(duì)整體誤差的影響，建議在緩沖器輸出引腳（IBUFOUT）和RMS引腳之間連接一個(gè)電容。輸出緩沖器可配置為單位增益跟隨器、增益放大器或低通濾波器等多種形式，以滿足不同的應(yīng)用需求。

6. 單電源供電

AD8436支持單電源供電，其連接方式與雙電源供電在交流耦合時(shí)相似。模擬核心和緩沖器輸入偏置在電源電壓的一半，但輸出引腳（OBUFOUT）仍以地為參考。在IGND引腳添加一個(gè)旁路電容有助于抑制潛在的共模噪聲。

四、評(píng)估板助力設(shè)計(jì)

AD8436-EVALZ評(píng)估板為評(píng)估AD8436的性能提供了便捷的平臺(tái)。該板已完全組裝和測(cè)試，連接電源和信號(hào)源后即可使用。評(píng)估板上配備了10 μF平均電容（CAVG）、3.3 μF低通濾波電容（CLPF）和0.1 μF波峰因數(shù)優(yōu)化電容（CCF），用戶還可以根據(jù)需要移除這些電容以評(píng)估最低成本的應(yīng)用方案。板上的五個(gè)開關(guān)提供了多種配置選項(xiàng)，方便用戶進(jìn)行不同的測(cè)試。

五、總結(jié)

AD8436以其精確的測(cè)量能力、寬動(dòng)態(tài)范圍、低功耗和豐富的配置選項(xiàng)，成為了電子工程師在交流信號(hào)有效值測(cè)量領(lǐng)域的理想選擇。無論是在便攜式設(shè)備、電源測(cè)量還是其他需要高精度測(cè)量的應(yīng)用中，AD8436都能發(fā)揮出卓越的性能。希望通過本文的介紹，能幫助各位工程師更好地了解和應(yīng)用這款優(yōu)秀的器件。大家在使用AD8436的過程中遇到過哪些有趣的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。