AD636是一种低功耗单片集成电路低电平信号的rms到dc转换

特征

真有效值到直流转换；200毫伏满标度；高精度激光修整；最大误差0.5%（AD636K）；最大误差1.0%（AD636J）；广泛的响应能力：计算交直流信号的均方根值；1 MHz–3 dB带宽：V rms>100 mV；0.5%误差的信号峰值因子为6；50分贝范围的分贝输出；低功耗：800毫安静态电流；单电源或双电源操作；单片集成电路；低成本以芯片形式提供。

产品描述

AD636是一种低功耗单片集成电路低电平信号的rms到dc转换。它提供性能比混合式和模块式的有可比性或优越性的转换器成本更高。AD636是为信号范围为0 mV至200 mV rms。峰值因子高达6罐可容纳小于0.5%的附加误差，允许复杂输入波形的精确测量。

AD636的低电源电流要求（通常为800微安）允许其在电池供电的便携式设备中使用仪器。可以使用多种电源，从±2.5 V至±16.5 V或单个+5 V至+24 V电源。输入输出端完全保护；输入信号可以在不损坏设备的情况下超过电源（允许在没有电源电压的情况下存在输入信号）输出缓冲放大器短路保护。

AD636包括辅助DB输出。这个信号是从表示rms输出对数的内部电路点导出。0db参考电平由外部供电电流，可由用户选择对应于从0 dBm（774.6 mV）到–20 dBm（77.46毫伏）。频率响应范围为1.2兆赫在0 dBm电平下，在-50 dBm下超过10 kHz。AD636的设计便于使用。该设备在晶圆级进行工厂化修整，以获得正的输入和输出偏移负波形对称性（直流反向误差），满标度精度为200 mV rms。因此，不需要外饰来达到全部额定精度。AD636有两种精度等级；AD636J总计读数误差为±0.5 mV±0.06%，AD636K

在读数的±0.2 mV至±0.3%范围内准确。两个版本在0°C到+70°C的温度范围内规定，并且提供密封14针浸渍或10针引线到-100金属罐。也有芯片。

产品亮点

1、AD636计算复杂AC（或AC+DC）输入信号的真均方根，并给出等效的DC输出电平。波形的真均方根值是比平均整流值更有用的量，因为它是信号功率的度量。交流耦合信号的均方根值也是其标准偏差。

2、AD636的200毫伏满标度范围与许多流行的面向显示的模数转换器兼容。低电源电流要求允许在电池供电的手持仪器中使用。

3、测量到完全指定精度所需的唯一外部元件是平均电容器。该电容器的值可根据低频精度、纹波和稳定时间的要求进行选择。

4、片上缓冲放大器可以用来缓冲输入或输出。作为输入缓冲器，它提供了标准10 MΩ输入衰减器的精确性能。作为输出缓冲器，它可以提供高达5毫安的输出电流。

5、AD636将在广泛的电源电压范围内工作，包括单电源+5 V至+24 V或分电源±2.5 V至±16.5 V。一个标准的9V电池将提供几百小时的连续运行。

标准连接

AD636对于大多数高精度均方根测量来说连接简单，只需要一个外部电容器来设置平均时间常数。标准连接如图1所示。在这种配置中，AD636将测量输入端的交流和直流电平的均方根值，但将显示低频输入的误差，作为滤波电容器CAV的函数，如图5所示。因此，如果使用4μf电容器，10赫兹时的附加平均误差为0.1%，3赫兹时的附加平均误差为1%。较高频率下的精度应符合规范。如果需要拒绝直流输入，则将电容器与输入串联，如图3所示；电容器必须是非极性的。如果AD636由具有相当大高频纹波的电源驱动，建议将两个电源都绕过，以尽可能靠近设备的0.1μf陶瓷盘接地。cf是一个可选的输出纹波滤波器，如本数据表其他部分所述。

AD636的应用

输入和输出信号范围是规范中详细说明的电源电压的函数。AD636还可以通过断开缓冲器的输入在无缓冲电压输出模式下使用。然后，输出在10 kΩ电阻器上显示为无缓冲。缓冲放大器可用于其他用途。此外，通过将10 kΩ电阻器从接地上断开，AD636可以在电流输出模式下使用。输出电流在引脚8（H封装上的引脚10）处可用，标称刻度为每伏特均方根输入100微安，正极输出。

高精度可选微调

如果需要提高AD636的精度，可以添加图2所示的外饰。r4用于修剪偏移。比例因子使用r1进行修剪，如图所示。r2的插入允许r1将比例因子增加或减少±1.5%。

修剪步骤如下：

1、将输入信号、车辆识别号（vin）接地，并调整r4，使针脚6的输出电压为零。或者，可以调整r4，以给出具有最低期望值vin的正确输出。

2、将所需的满标度输入电平连接至车辆识别号（车辆识别号），可以是直流信号，也可以是经校准的交流信号（1 kHz是最佳频率）；然后微调r1以给出来自引脚6的正确输出，即200 mV直流输入应给出200 mV直流输出。当然，一个±200毫伏的峰间正弦波应该提供141.4毫伏的直流输出。规范中给出的剩余误差是由于非线性造成的。

单电源连接

图1和图2中的应用假定使用双电源。如图3所示，AD636也可仅与一个电压低于+5伏的正极电源一起使用。图3针对9伏电池进行了优化。此连接的主要限制是只能测量交流信号，因为输入级必须偏离地面才能正常工作。这种偏压是在引脚10处完成的；因此，没有外来信号耦合到这一点上是至关重要的。偏置可以通过在+vs和接地之间使用电阻分压器来实现。为了降低功耗，电阻值可以增加，因为只有1微安的电流流入引脚10（“H”封装上的引脚2）。或者，一些cmos adc的com引脚为ad636提供合适的人工接地。如图所示，交流输入耦合仅需要电容器C2；由于内部提供直流回路，因此无需直流回路。选择C2作为适当的低频断开点，输入电阻为6.7 kΩ；对于10 Hz时的切断，C2应为3.3μF。此连接中的信号范围比双电源连接中的信号范围稍受限制。负载电阻rl是提供电流吸收能力所必需的。

选择平均时间常数

AD636将计算交流和直流信号的均方根。如果输入是缓慢变化的直流电压，AD636的输出将精确跟踪输入。在更高的频率下，AD636的平均输出将接近输入信号的均方根值。如图4所示，AD636的实际输出将因直流（或平均）误差和一定量的纹波而不同于理想输出。

直流误差取决于输入信号的频率和cav值。图5可用于确定CAV的最小值，该最小值将使用标准均方根连接产生高于给定频率的给定%直流误差。

输出信号的交流分量是纹波。有两种方法可以减少波纹。第一种方法是使用一个很大的cav值。由于纹波与cav成反比，电容增加10倍会使纹波减少10倍。当测量具有高峰值因数的波形（如低占空比脉冲串）时，平均时间常数应至少为信号周期的10倍。例如，100赫兹的脉冲率需要100毫秒的时间常数，该常数对应于4μf电容器（时间常数=25毫秒/μf）。

标准rms连接

使用大型cav消除纹波的主要缺点是输入电平阶跃变化的稳定时间成比例地增加。图5显示了CAV和1%沉降时间之间的关系，对于每个CAV微法拉，沉降时间为115毫秒。对于减少信号和增加信号（图5中的值用于减少信号）而言，稳定时间是前者的两倍。如图6所示，对于低信号电平，稳定时间也会增加。

降低输出纹波的更好方法是使用“后滤波器”。图7显示了一个建议的电路。如果使用单极滤波器（去除C3，Rx短路），C2约为CAV值的5倍，则波纹减小，如图8所示，且沉降时间增加。例如，当cav=1μf和c2=4.7μf时，60hz输入的纹波从读数的10%减少到约读数的0.3%。但是，沉降时间增加了大约系数3。因此，可以降低cav和c2的值，以允许更快的沉降时间，同时仍然提供大幅的波纹减少。

双极后滤波器使用有源滤波器级来提供更大的纹波降低，而不会大幅增加在带有单极滤波器的电路上的稳定时间。然后，可以降低cav、c2和c3的值，以允许恒定波纹量的极快沉降时间。选择CAV值时应谨慎，因为直流误差取决于该值，并且与后滤波器无关。

rms-to-dc转换应用指南，第2版，可获得的：

均方根测量

AD636工作原理

AD636包含均方根方程的隐式解，克服了动态范围以及直接计算均方根所固有的其他限制。AD636执行的实际计算遵循以下等式：

图9是AD636的简化示意图；它被细分为四个主要部分：绝对值电路（有源整流器）、平方/分频器、电流镜和缓冲放大器。输入电压vin可以是ac或dc，由有源整流器a1、a2转换为单极电流i1。I1驱动平方/除法器的一个输入，该输入具有传输功能：

平方器/分配器的输出电流i4通过r1和外部连接的电容器cav形成的低通滤波器驱动电流镜。如果r1，cav时间常数远大于输入信号的最长周期，则有效平均i4。当前镜像返回一个等于avg[i4]的当前i3，返回到平方/除法器以完成隐式rms计算。因此：

电流镜还产生输出电流iout，等于2i4。iout可以直接使用，也可以用r2转换成电压，用a4缓冲，以提供低阻抗电压输出。因此，AD636的传递函数产生：

由于此时的电压与–log vin成正比，因此db输出来自q3的发射器。发射极跟随器，q5，缓冲器和电平移动该电压，使得当外部提供到q5的发射极电流（iref）接近i3时，db输出电压为零。

AD636缓冲放大器

AD636中的缓冲放大器为用户提供了额外的应用灵活性。了解这种放大器的一些特性以获得最佳性能是很重要的。图10显示了缓冲区的简化示意图。

由于rms-to-dc变换器的输出总是正的，因此不必使用传统的互补ab类输出级。在AD636缓冲器中，改用A级发射器跟随器。除了优良的正输出电压摆幅外，这种配置还允许输出在单电源应用中完全向下摆幅至地，而不会出现与大多数集成运算放大器相关的问题。

用作输入缓冲放大器，驱动与接地有关的负载电阻时，必须采取措施确保足够的负电压摆动。对于负输出，电流将从负载电阻器流过40 kΩ发射极电阻器，在–vs和接地之间设置分压器。这减少了一个外部电阻的有效添加，同时重新改变了这个分压器，从而增加了负摆幅是可能的。

图11显示了一些rload值的vpeak与–vs的特定比率的rexternal值。此外，Rexternal使缓冲放大器的静态电流增加相当于Rext/–vs.在–vs=–5v时，无Rexternal的标称缓冲静态电流为30微安。

频率响应

AD636在执行隐式均方根计算时使用对数电路。与任何对数电路一样，带宽与信号电平成正比。下图中的实线表示AD636在从1毫伏到1伏rms的输入电平下的频率响应。虚线表示1%、10%和±3db读数附加误差的频率上限。例如，请注意，1伏rms信号将产生小于1%的读数附加误差，最高可达220千赫。10毫伏信号可在1%的读数附加误差（100微伏）下测量，最高可达14千赫。

交流测量精度和峰值因数

在确定交流测量的精度时，峰值因子常常被忽略。峰值因子是指峰值信号振幅与信号的均方根值之比（c.f.=vp/v均方根）。大多数常见波形，如正弦波和三角波，峰值因子相对较低（<2）。类似于低占空比脉冲序列的波形，如开关电源和可控硅电路中出现的波形，具有很高的峰值因数。例如，占空比为1%的矩形脉冲串的峰值因子为10（c.f.=1η）。

图13是200 mV rms输入信号的AD636的读数误差曲线，峰值因子为1至7。由于矩形脉冲串（脉冲宽度200μs）是均方根测量的最坏波形（所有能量都包含在峰值中），因此本试验使用矩形脉冲串。占空比和峰值振幅在保持200 mV rms输入振幅不变的情况下变化，以产生从1到7的峰值因子。

全交流数字电压表

图14显示了一个完整的基于AD636的低功耗交流数字电压表电路的设计。10 MΩ输入衰减器允许满标度范围为200 mV、2 V、20 V和200 V rms。信号电容耦合到AD636缓冲放大器，该放大器以AC自举配置连接以最小化负载。然后，缓冲器驱动AD636的6.7 kΩ输入阻抗。ADC芯片的COM终端提供AD636单电源操作所需的假接地。AD589 1.2伏参考二极管用于在线性均方根模式下为ADC提供稳定的100毫伏参考电压；在DB模式下，串联插入1N4148二极管以提供对DB比例因数的温度系数的校正。通过首先调整偏置罐r17以获得正确的零读数，然后调整r13以获得满刻度的精确读数，来完成仪表的校准。

通过调整所需0db参考点的r9，然后调整所需db比例因子的r14（每db 10个计数的比例很方便），完成db范围的校准。使用7106型ADC，该电路的总电源电流通常为2.8毫安。

一种低功耗、高输入阻抗分贝表的研制

这里的便携式分贝计电路结合了AD636 rms转换器、AD589电压基准和一个μA776低功率运算放大器的功能。这种电表提供卓越的带宽和卓越的高、低电平精度，同时消耗标准9伏晶体管无线电电池的最小功率。

在该电路中，使用了AD636的内置缓冲放大器

电路说明

输入电压vin由c4交流耦合，而电阻器r8与二极管d1和d2一起提供高输入电压保护。

缓冲器的输出引脚6通过电容器C2与均方根转换器的输入（引脚1）进行交流耦合。电阻器R9连接在缓冲器的输出、A级输出级和负输出摆幅之间。电阻r1是放大器的“自举”电阻。

使用此电路，通过在蓄电池正极和负极之间的一点设置“接地”，可以进行单电源操作。这是通过将250微安从蓄电池正极端子通过电阻器R2，然后通过1.2伏AD589带隙基准，最后通过电阻器R10送回蓄电池负极来实现的。这将接地设置为1.2伏+3.18伏（250微安×12.7 kΩ）=蓄电池正极下4.4伏，蓄电池负极上5.0伏（250微安×20 kΩ）。旁路电容器C3和C5使电池的两侧保持低交流对地阻抗。AD589带隙基准建立1.2伏调节基准电压，与电阻器R3和微调电位器R4一起设置零分贝基准电流IREF。

校准

1、首先，通过在所需零分贝振幅下应用来自音频振荡器的1khzsine波来校准零分贝参考电平。这可能是从零dBm（770 mV rms–2.2伏p-p）到–20 dBm（77 mV rms 220 mV–p-p）的任何位置。调整IREF校准微调器，使其在模拟仪表上显示为零。

2、最后一步是校准仪表标度因数或增益。在设置的零分贝基准下施加40分贝的输入信号，并调整标度因数校准微调器，使其在模拟仪表上的读数为40微安。