设备名称：基于AD8421的程控仪表放大器设计

该项目设备基本组成：

①AD8421程控仪表放大器PCB

②AD7606信号采集电路PCB

③DAC信号输出控制电路PCB

④信号输出测试电力路PCB

模块电路功能分析--->AD8421程控仪表放大器

该模块可对可对差分或单端输入信号进行程控方式放大或户控方式进行信号增益，使用程控方式对输入信号进行增益时，可选择将ADG708芯片的A、B、C、EN，四根信号线接入单片机接口，同时使用单片机外部电源对芯片进行供电，针对不同输入的弱信号，可在8种增益中进行选择。用户可根据输入信号的增益大小进行选择。同时为方便用户进行数控方式的增益选择，通过拨码按键也可进行增益调控，按下Power处的拨码，接通PCB内部的电源，根据数字信号组合可进行增益切换。在使用户控增益方式时，用户可按下对应拨码，通过滑动电位器进行增益调控，或固定电阻进行调控。

AD620程控仪表放大器--->模块优点

①采用Tyep-c+外部接口的供电方式，满足多种场合的供电需求。

②采用SMA接口+接线端子+排针的信号输入方式，满足多种采集信号的输入需求。

③在模块未接入任何采集信号的情况下，将输入端短接，可对输出信号进行调零，提高数据采集的准确性。

④可实现程控和户控两种增益方式，程控方式控制简单，通过不同增益电阻即可实现高精度增益

⑤对增益信号进行电压跟随，提高信号输出阻抗

⑥对输出信号进行8阶RC的500kHz低通滤波处理，抑制信号采集过程中的信号干扰

⑦LED指示灯显示程控放大状态，以及数字信号控制状态

⑧可实现单端转差分信号的输出

模块各电路功能分析

1. Type-C供电电路+接线端子：对电路进行5V供电，对于通过接线端子输入的信号，添加了一个二极管SS14防止输入反接。电路结构如图1所示。

2. LED指示灯电路：对供电和放大倍数进行提示，PCB效果图如图2所示。

PCB实物显示效果如图3所示（指示灯采用不同颜色的1206封装的LED）

3. 放大电路：对若信号进行放大

放大电路解释说明：放大电路的核心采用仪表放大器AD8421（由于电路图片太大这里不进行展示），该芯片可将弱信号通过一个外部电阻进行增益调控。

本设计的放大功能基于外部电阻调控进行不同需求的增益控制。

4. 输出调零电路：抑制放大电路零点漂移，该电路由电压跟随器组成。对于仪表放大芯片，当输入端接入0信号时会有几mV的输出误差，采用输出调零电阻，可消除此类误差。

5. 低通滤波电路：对放大信号进行低通滤波，抑制干扰信号。

低通滤波电路采用FilterLab软件进行设计，其组成电路如图所示。

该滤波电路采用8阶Sallenkey结构，滤波器阶数越高，滤波效果越平坦。幅频特性曲线如图所示。

通过Multisim软件进行仿真验证得到的结果及波特图如图所示。

7. 输出输出接口电路

采用排针+接线端子+SMA接口的信号输出方式，满足多种信号采集输入接口。

基于AD620的程控仪表放大模块正常运行测试图：

总体设计方案

总体设计方案框图

原理图设计特殊说明

为应对多种放大方式，采用数控方式控制增益时，采用了琴键拨码构成的数字控制电路，通过琴键拨码控制当没有外部信号输入时，对不同增益进行数字信号控制，调节信号的输出。电路结构如图所示

该电路默认状态下接入了由外部提供的输入电压控制ADG708芯片，当无外部电源输入时，通过下拉电阻实现低电平状态ADG708芯片不工作。当5-6处的琴键按下，接入VDD作为芯片供电电源，EN脚为1，芯片可开始工作。同时根据LED可观察引脚电平状态。

PCB设计说明

该PCB采用弧线走线，布线如图所示。可弧线绝对不正常走。

采用4层PCB板设计，对不同的电源进行了电源层分割。

软件说明

ADG708程序控制：ADG708模块可由数字信号进行驱动，由A,B,C三个接口输入不同的数字信号进行控制，控制方式简单,在EN位置于高位时，可进行程控增益切换。真值表如下：

A B C EN

x x x 0 ->关闭所有通道

0 0 0 1 ->开启第一个通道

1 0 0 1 ->开启第二个通道

0 1 0 1 ->开启第三个通道

0 0 1 1 ->开启第四个通道

1 0 1 1 ->开启第五个通道

1 1 0 1 ->开启第六个通道

0 1 1 1 ->开启第七个通道

1 1 1 1 ->开启第八个通道

根据真值表即可进行程序编程，编程代码构成简单。

代码块在51单片机下进行程序测试：

#include "reg52.h"
#include "intrins.h"
sbit A1=P2^1;
sbit A2=P2^2;
sbit A3=P2^3;
sbit EN=P2^4;

void Delay100ms()		//@11.0592MHz
{
	unsigned char i, j, k;

	_nop_();
	_nop_();
	i = 5;
	j = 52;
	k = 195;
	do
	{
		do
		{
			while (--k);
		} while (--j);
	} while (--i);
}
void delay(unsigned char i)
{
		for(i;i>0;i--)
	{
		Delay100ms();

	}

}


void main()
{
	EN=0;
	A1=0;
	A2=0;
	A3=0;


	while(1)
	{
	 Delay100ms();
	 EN=1;
	 A1=0;
	 A2=0;
	 A3=0;
		delay(5);
	 EN=1;
	 A1=1;
	 A2=0;
	 A3=0;

		 delay(5);
	 EN=1;
	 A1=0;
	 A2=1;
	 A3=0;
		 delay(5);
	 EN=1;
	 A1=1;
	 A2=1;
	 A3=0;
	
	  delay(5);
	 EN=1;
	 A1=0;
	 A2=0;
	 A3=1;
	
	  delay(5);
	 EN=1;
	 A1=1;
	 A2=0;
	 A3=1;
	
	  delay(5);
	 EN=1;
	 A1=0;
	 A2=1;
	 A3=1;
	
	 delay(5);
	 EN=1;
	 A1=1;
	 A2=1;
	 A3=1;

		delay(5);

}

}

实物测试图展示说明

提示：在对整个模块进行输出调零后进行放大功能测试，测试功能基本满足需求，可实现程控放大，误差较小。同时在考虑到针对不同情况对该模块的使用，减少用户对增益的频繁控制，因此加入了数字开关，可实现手动控制信号，进行增益调控。

在使用拨码按键控制时，只需要将对应丝印EN、和Power处的拨码按下，默认放大倍数为5倍，同时将放大方式选择为程控，即可根据不同的数字信号进行增益方式进行切换。当时用外部电源对程控电路进行控制时，EN、Power处的拨码要抬起，防止电源冲突烧坏电路板。

放大电路采用AD8421进行信号放大，可对弱信号进行有效放大，且放大时数据误差较小。同时在电路上增加了一定的胆电容，稳定电源。滤除电源供电的干扰信号。

测试图展示

测试图1：

测试图2：

测试图3：

测试图4：

测试图5：

测试图6：

实物展示图：

测试数据：

1. 输入电压：0.218V 放大倍数：5 输出电压：1.092 实际放大倍数：4.9

2.输入电压：0.218V 放大倍数：10 输出电压：2.185 实际放大倍数：9.9

3.输入电压：0.033V 放大倍数：20 输出电压：0.6772 实际放大倍数：20

4.输入电压：0.033V 放大倍数：50 输出电压：1.730实际放大倍数：50

注意事项

在对数据进行采集前，需要对输出进行调零处理，将IN-、IN+信号短接如GND，调节模块输出为0即可。

本设计由一个完善的采集电路构成，各个工程文件已经在工程文件中展示，均采用Type-c方式供电，便于电源供电。

演示视频主要是针对电路的功能和实物进行一些说明，具体有不明白的地方请私信或留言。

硬件电路说明视频：

[电路说明](链接：https://pan\.baidu\.com/s/1aLXCzjhnW5vAdLzkkHLxxA?pwd=1234 提取码：1234 --来自百度网盘超级会员V4的分享)

实物功能演示：

[功能演示](链接：https://pan\.baidu\.com/s/1KRKaXr9dKh2GOmazArPJoQ?pwd=1234 提取码：1234 --来自百度网盘超级会员V4的分享)

模块使用其他说明

对于模块的低通滤波电路，需要自行使用示波器进行测试。

针对于信号输出方式采用单端或差分输出方式 兼容不同类型的ADC.

本工程下包含多个电路，包括采集电路，信号产生电路，本工程仅对理论较多的采集电路进行必要的功能说明。