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ad637

器件型号:AD637
器件类别:转换器
文件大小:160.26KB,共0页
厂商名称:AD [Analog Devices]
厂商官网:http://www.analog.com/
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器件描述

RMS TO DC CONVERTER, 0.15 MHz,

RMS至 直流电转换器, 0.15 MHz,

参数

AD637功能数量 1
AD637端子数量 14
AD637最大工作温度 85 Cel
AD637最小工作温度 -40 Cel
AD637额定供电电压 15 V
AD637最大总误差 0.6000 %
AD637最大工作频率 0.1500 MHz
AD637最大线性误差 0.0500 %
AD637最大供电/工作电压 18 V
AD637最小供电/工作电压 3 V
AD637最大负供电电压 -18 V
AD637加工封装描述 CERDIP-14
AD637状态 ACTIVE
AD637包装形状 矩形的
AD637包装尺寸 IN-线
AD637端子形式 THROUGH-孔
AD637端子间距 2.54 mm
AD637端子涂层 锡 铅
AD637端子位置
AD637包装材料 陶瓷, 玻璃-SEALED
AD637温度等级 INDUSTRIAL
AD637额定负供电电压 -15 V
AD637转换器的类型 RMS至 直流电转换器
AD637最大正输入电压 7 V
AD637最小大负供电电压 -3 V

文档预览

ad637器件文档内容

a                                                                                            High Precision,
                                                                            Wide-Band RMS-to-DC Converter

                                                                                                                                                   AD637

    FEATURES                                                                                   FUNCTIONAL BLOCK DIAGRAMS
    High Accuracy
                                                                               Ceramic DIP (D) and                           SOIC (R) Package
       0.02% Max Nonlinearity, 0 V to 2 V RMS Input                            Cerdip (Q) Packages
       0.10% Additional Error to Crest Factor of 3
    Wide Bandwidth                                                                           BUFFER  AD637                                 BUFFER  AD637
       8 MHz at 2 V RMS Input                                               1                                        14   1                                         16
       600 kHz at 100 mV RMS
    Computes:                                                                                                             2                        ABSOLUTE  15
       True RMS
       Square                                                               2                        ABSOLUTE         13  3                        VALUE
       Mean Square                                                                                                                    BIAS
       Absolute Value                                                       3                        VALUE
    dB Output (60 dB Range)                                                              BIAS                                      SECTION
    Chip Select-Power Down Feature Allows:                                                                                4                                  14
       Analog "3-State" Operation                                                     SECTION
       Quiescent Current Reduction from 2.2 mA to 350 A                     4                                         12  5
    Side-Brazed DIP, Low Cost Cerdip and SOIC                                                                                   25k
                                                                            5                        SQUARER/DIVIDER  11                           SQUARER/DIVIDER
PRODUCT DESCRIPTION                                                                                                       6                                                             13
The AD637 is a complete high accuracy monolithic rms-to-dc                        25k                25k
converter that computes the true rms value of any complex                   6                                       10    7                                              25k
waveform. It offers performance that is unprecedented in inte-                                                                                                                          12
grated circuit rms-to-dc converters and comparable to discrete
and modular techniques in accuracy, bandwidth and dynamic                                                                                                    11
range. A crest factor compensation scheme in the AD637 per-
mits measurements of signals with crest factors of up to 10 with                                                      9
less than 1% additional error. The circuit's wide bandwidth per-
mits the measurement of signals up to 600 kHz with inputs of                                                                                       FILTER    10
200 mV rms and up to 8 MHz when the input levels are above
1 V rms.                                                                    7                        FILTER           8

As with previous monolithic rms converters from Analog Devices,                                                           8                                  9
the AD637 has an auxiliary dB output available to the user. The
logarithm of the rms output signal is brought out to a separate             The AD637 is available in two accuracy grades (J, K) for com-
pin allowing direct dB measurement with a useful range of                   mercial (0C to +70C) temperature range applications; two
60 dB. An externally programmed reference current allows the                accuracy grades (A, B) for industrial (40C to +85C) applica-
user to select the 0 dB reference voltage to correspond to any              tions; and one (S) rated over the 55C to +125C temperature
level between 0.1 V and 2.0 V rms.                                          range. All versions are available in hermetically-sealed, 14-lead
                                                                            side-brazed ceramic DIPs as well as low cost cerdip packages. A
A chip select connection on the AD637 permits the user to                   16-lead SOIC package is also available.
decrease the supply current from 2.2 mA to 350 A during
periods when the rms function is not in use. This feature facili-           PRODUCT HIGHLIGHTS
tates the addition of precision rms measurement to remote or                1. The AD637 computes the true root-mean-square, mean
hand-held applications where minimum power consumption is
critical. In addition when the AD637 is powered down the out-                  square, or absolute value of any complex ac (or ac plus dc)
put goes to a high impedance state. This allows several AD637s                 input waveform and gives an equivalent dc output voltage.
to be tied together to form a wide-band true rms multiplexer.                  The true rms value of a waveform is more useful than an
                                                                               average rectified signal since it relates directly to the power of
The input circuitry of the AD637 is protected from overload                    the signal. The rms value of a statistical signal is also related
voltages that are in excess of the supply levels. The inputs will              to the standard deviation of the signal.
not be damaged by input signals if the supply voltages are lost.
                                                                            2. The AD637 is laser wafer trimmed to achieve rated perfor-
                                                                               mance without external trimming. The only external compo-
                                                                               nent required is a capacitor which sets the averaging time
                                                                               period. The value of this capacitor also determines low fre-
                                                                               quency accuracy, ripple level and settling time.

                                                                            3. The chip select feature of the AD637 permits the user to
                                                                               power down the device down during periods of nonuse,
                                                                               thereby, decreasing battery drain in remote or hand-held
                                                                               applications.

                                                                            4. The on-chip buffer amplifier can be used as either an input
                                                                               buffer or in an active filter configuration. The filter can be
                                                                               used to reduce the amount of ac ripple, thereby, increasing
                                                                               the accuracy of the measurement.

REV. E                                                                      One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A.

Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and      Tel: 781/329-4700 World Wide Web Site: http://www.analog.com
reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its
use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties  Fax: 781/326-8703                                 Analog Devices, Inc., 1999
which may result from its use. No license is granted by implication or
otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices.
AD637SPECIFICATIONS (@ +25C, and 15 V dc unless otherwise noted)

                                                  AD637J/A                               AD637K/B                              AD637S

Model                                   Min          Typ             Max       Min          Typ            Max       Min          Typ Max           Units

TRANSFER FUNCTION                             VOUT = avg . (VIN ) 2                 VOUT = avg . (VIN ) 2               VOUT = avg . (VIN ) 2

CONVERSION ACCURACY                                                  1  0.5                                0.5  0.2                         1  0.5  mV % of Reading
  Total Error, Internal Trim1 (Fig. 2)                                                                                                              mV % of Reading
                                                                     3.0  0.6                              2.0  0.3                         6  0.7  V/V
     TMIN to TMAX                                                                                                                                   V/V
     vs. Supply, + VIN = +300 mV                     30              150                    30             150                    30        150     % of Reading
     vs. Supply, VIN = 300 mV
     DC Reversal Error at 2 V                        100             300                    100            300                    100 300           % of FSR
  Nonlinearity 2 V Full Scale2
                                                                     0.25                                  0.1                              0.25    % of FSR
  Nonlinearity 7 V Full Scale                                                                                                                       mV % of Reading
  Total Error, External Trim                                         0.04                                  0.02                             0.04

ERROR VS. CREST FACTOR3                                              0.05                                  0.05                             0.05
  Crest Factor 1 to 2
  Crest Factor = 3                                   0.5 0.1                              0.25 0.05                         0.5 0.1

  Crest Factor = 10                            Specified Accuracy                   Specified Accuracy                    Specified Accuracy        % of Reading
                                                          0.1                                 0.1                                  0.1           % of Reading
                                                          1.0                                 1.0                                  1.0
                                                                                                                                                    ms/F CAV
AVERAGING TIME CONSTANT                              25                                       25                                    25

INPUT CHARACTERISTICS

Signal Range, 15 V Supply

Continuous RMS Level                                 0 to 7                                 0 to 7                                0 to 7            V rms
                                                                   15                                     15                               15  V p-p
Peak Transient Input

Signal Range, 5 V Supply

Continuous rms Level                                 0 to 4                                 0 to 4                                0 to 4            V rms
                                                                   6                                       6                                6    V p-p
Peak Transient Input

Maximum Continuous Nondestructive

Input Level (All Supply Voltages)                                     15                                  15                              15    V p-p
                                                                                                           9.6
Input Resistance                        6.4          8               9.6       6.4          8               0.2     6.4          8            9.6  k

Input Offset Voltage                                                 0.5                                                                   0.5   mV

FREQUENCY RESPONSE4                                  11                                     11                                    11                kHz
                                                     66                                     66                                    66                kHz
  Bandwidth for 1% Additional Error (0.09 dB)        200                                    200                                   200               kHz

     VIN = 20 mV                                     150                                    150                                   150               kHz
     VIN = 200 mV                                    1                                      1                                     1                 MHz
     VIN = 2 V                                       8                                      8                                     8                 MHz
  3 dB Bandwidth
     VIN = 20 mV                                     0.05                                                                                         mV
     VIN = 200 mV                                                                                                                                   mV/C
     VIN = 2 V                                       +13.5
                                                                                                                                                    V
OUTPUT CHARACTERISTICS                               +2.2            1                         0.04      0.5                                   1
                                                                     0.089                                 0.056                      0.04 0.07    V
  Offset Voltage                                     20                        0 to +12.0 +13.5                                                     mA
                                        0 to +12.0   0.5                                                             0 to +12.0 +13.5               mA
     vs. Temperature                                 100                       0 to +2 +2.2                                                         
  Voltage Swing, 15 V Supply,          0 to +2                                6                                     0 to +2 +2.2                   k
                                        6                                                                            6
     2 k Load                                                                                  20                                                   dB
  Voltage Swing, 3 V Supply,                                                                  0.5                                   20             mV/dB
                                                                                               100                                   0.5            % of Reading/C
     2 k Load                                                                                                                        100            dB/C
  Output Current                                                                                                                                    A
                                                                                                                                                    A
  Short Circuit Current
                                                                                                                                                    V
  Resistance, Chip Select "High"                                                                                                                    mV
                                                                                                                                                    nA
  Resistance, Chip Select "Low"                                                                                                                     

dB OUTPUT                                             0.5                                  0.3                                  0.5             mA
  Error, VIN 7 mV to 7 V rms, 0 dB = 1 V rms                                                                                                        MHz
  Scale Factor                                       3                                     3                                    3                V/s
  Scale Factor Temperature Coefficient
                                                     +0.33                                  +0.33                                 +0.33             V
                                                                                                                                                    k
                                                     0.033                                 0.033                                0.033            mV

IREF for 0 dB = 1 V rms                 5            20              80        5            20             80        5            20        80      A

IREF Range                              1                            100       1                           100       1                      100     V
                                                                                                                                                    mA
BUFFER AMPLIFIER                        VS to (+VS                            VS to (+VS                           VS to (+VS                    A
  Input Output Voltage Range             2.5 V)                               2.5 V)                               2.5 V)

  Input Offset Voltage                               0.8           2                      0.5          1                      0.8 2
  Input Current
  Input Resistance                                   2              10                     2             5                      2        10
  Output Current
                                                     108                                    108                                   108
  Short Circuit Current
  Small Signal Bandwidth                (+5 mA,                                (+5 mA,                               (+5 mA,
  Slew Rate5
                                        130 A)                               130 A)                              130 A)

                                                     20                                     20                                    20

                                                     1                                      1                                     1

                                                     5                                      5                                     5

DENOMINATOR INPUT                                    0 to +10                               0 to +10                              0 to +10
  Input Range
  Input Resistance                      20           25              30        20           25             30        20           25        30
  Offset Voltage
                                                      0.2            0.5                   0.2          0.5                   0.2 0.5

CHIP SELECT PROVISION (CS)              Open or +2.4 V < VC < +VS              Open or +2.4 V < VC < +VS             Open or +2.4 V < VC < +VS
  RMS "ON" Level                        VC < +0.2 V                            VC < +0.2 V                           VC < +0.2 V
  RMS "OFF" Level
  IOUT of Chip Select                   10                                     10                                    10
     CS "LOW"                           Zero                                   Zero                                  Zero
     CS "HIGH"                          10 s + ((25 k) CAV)                 10 s + ((25 k) CAV)                10 s + ((25 k) CAV)
  On Time Constant                      10 s + ((25 k) CAV)                 10 s + ((25 k) CAV)                10 s + ((25 k) CAV)
  Off Time Constant
                                        3.0                          18        3.0                         18        3.0                    18
POWER SUPPLY
  Operating Voltage Range                            2.2             3                      2.2            3                      2.2       3
  Quiescent Current
  Standby Current                                    350             450                    350            450                    350 450

TRANSISTOR COUNT                                     107                                    107                                   107

                                                                                    2                                                                    REV. E
                                                                                                                                                   AD637

NOTES
1Accuracy specified 0-7 V rms dc with AD637 connected as shown in Figure 2.
2Nonlinearity is defined as the maximum deviation from the straight line connecting the readings at 10 mV and 2 V.
3Error vs. crest factor is specified as additional error for 1 V rms.
4Input voltages are expressed in volts rms. % are in % of reading.
5With external 2 k pull down resistor tied to VS.

Specifications subject to change without notice.

Specifications shown in boldface are tested on all production units at final electrical test. Results from those tests are used to calculate outgoing quality levels. All min
and max specifications are guaranteed, although only those shown in boldface are tested on all production units.

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS                                                                                           ORDERING GUIDE

ESD Rating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500 V       Model              Temperature            Package       Package
Supply Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 V dc                          Range                  Description   Option
Internal Quiescent Power Dissipation . . . . . . . . . . . . 108 mW
                                                                                           AD637AR            40C to +85C SOIC                  R-16
Output Short-Circuit Duration . . . . . . . . . . . . . . . . . Indefinite
Storage Temperature Range . . . . . . . . . . . . 65C to +150C                          AD637BR            40C to +85C SOIC                  R-16
Lead Temperature Range (Soldering 10 secs) . . . . . . . +300C
Rated Operating Temperature Range                                                          AD637AQ            40C to +85C Cerdip                Q-14

  AD637J, K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0C to +70C             AD637BQ            40C to +85C Cerdip                Q-14
  AD637A, B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40C to +85C
  AD637S, 5962-8963701CA . . . . . . . . . . . 55C to +125C                             AD637JD            0C to +70C Side Brazed Ceramic DIP D-14

                                                                                           AD637JD/+          0C to +70C Side Brazed Ceramic DIP D-14

                                                                                           AD637KD            0C to +70C Side Brazed Ceramic DIP D-14

                                                                                           AD637KD/+          0C to +70C Side Brazed Ceramic DIP D-14

                                                                                           AD637JQ            0C to +70C Cerdip                  Q-14

                                                                                           AD637KQ            0C to +70C Cerdip                  Q-14

                                                                                           AD637JR            0C to +70C SOIC                    R-16

                                                                                           AD637JR-REEL 0C to +70C SOIC                          R-16

                                                                                           AD637JR-REEL7 0C to +70C SOIC                         R-16

                                                                                           AD637KR            0C to +70C SOIC                    R-16

                                                                                           AD637SD            55C to +125C Side Brazed Ceramic DIP D-14

                                                                                           AD637SD/883B 55C to +125C Side Brazed Ceramic DIP D-14

                                                                                           AD637SQ/883B 55C to +125C Cerdip                     Q-14

                                                                                           AD637SCHIPS 0C to +70C Die

                                                                                           5962-8963701CA* 55C to +125C Cerdip                  Q-14

                                                                                           *A standard microcircuit drawing is available.

                                                                                                                   FILTER/AMPLIFIER

        BUFF OUT                                                                      ONE QUADRANT                     24k                 CAV
           BUFF IN                                                                                                                         +VS
                                                                                      SQUARER/DIVIDER                                      RMS
                                                                                                                                           OUT
                                              BUFFER
                                                                                                                                            dB
                    A5                        AMPLIFIER                                                                                    OUT
                                                                                                                                           COM
                                                                                                          I4       A4
                                                                                                                                           CS
                    24k                       I1                                                                                           DEN
                                                                                                                                           INPUT
                    ABSOLUTE VALUE VOLTAGE                                                           Q4                                   OUTPUT
                         CURRENT CONVERTER                                            Q1                                                   OFFSET

                                                                                                                   Q5       BIAS           VS

                                        6k  6k                                        Q2 Q3               A3           I3 24k
                                                           A2
                       12k
        VIN                                                                                                   125      AD637

                                        A1

                                                               Figure 1. Simplified Schematic                               WARNING!

CAUTION                                                                                                                                        ESD SENSITIVE DEVICE
ESD (electrostatic discharge) sensitive device. Electrostatic charges as high as 4000 V readily
accumulate on the human body and test equipment and can discharge without detection.
Although the AD637 features proprietary ESD protection circuitry, permanent damage may
occur on devices subjected to high energy electrostatic discharges. Therefore, proper ESD
precautions are recommended to avoid performance degradation or loss of functionality.

REV. E                                                                                3
AD637

FUNCTIONAL DESCRIPTION                                                         the AD637 can be ac coupled through the addition of a non-
The AD637 embodies an implicit solution of the rms equation                    polar capacitor in series with the input as shown in Figure 2.
that overcomes the inherent limitations of straightforward rms
computation. The actual computation performed by the AD637                                      BUFFER               AD637
follows the equation                                                           1

                                      V                                                                                                    14 NC
                                      V         
             V   rms       =  Avg          IN 2                                                                                                        OPTIONAL

                                           rms                                 2                                            ABSOLUTE       13     AC COUPLING
                                                                                                                               VALUE
                                                                               3                                                                  VIN CAPACITOR
                                                                                           BIAS                 SQUARER/DIVIDER
Figure 1 is a simplified schematic of the AD637, it is subdivided                                                                     25k  12 NC
                                                                                        SECTION
into four major sections; absolute value circuit (active rectifier),           4                                                   FILTER

square/divider, filter circuit and buffer amplifier. The input volt-           5                                                           11     +VS
                                                                                     25k
age VIN which can be ac or dc is converted to a unipolar current                                                                           10     VS
I1 by the active rectifier A1, A2. I1 drives one input of the                  6

squarer divider which has the transfer function                                7

                                    I12                                                                                                    9           VO = VIN3
                                    I3
                           I4    =                                                                                                                CAV

                                                                                                                                           8

The output current of the squarer/divider, I4 drives A4 which

forms a low-pass filter with the external averaging capacitor. If

the RC time constant of the filter is much greater than the long-                             Figure 2. Standard RMS Connection

est period of the input signal than A4s output will be propor-                 The performance of the AD637 is tolerant of minor variations in
                                                                               the power supply voltages, however, if the supplies being used
tional to the average of I4. The output of this filter amplifier is            exhibit a considerable amount of high frequency ripple it is
                                                                               advisable to bypass both supplies to ground through a 0.1 F
used by A3 to provide the denominator current I3 which equals                  ceramic disc capacitor placed as close to the device as possible.

Avg. I4 and is returned to the squarer/divider to complete the                 The output signal range of the AD637 is a function of the sup-
                                                                               ply voltages, as shown in Figure 3. The output signal can be
implicit rms computation.                                                      used buffered or nonbuffered depending on the characteristics
                                                                               of the load. If no buffer is needed, tie buffer input (Pin 1) to
             I4  =  Avg          I12    =  I1  rms                             common. The output of the AD637 is capable of driving 5 mA
                                 I4                                            into a 2 k load without degrading the accuracy of the device.
                                      
                                                                                               20
and
                              VOUT = VIN rms

If the averaging capacitor is omitted, the AD637 will compute the

absolute value of the input signal. A nominal 5 pF capacitor should

be used to insure stability. The circuit operates identically to that of

the rms configuration except that I3 is now equal to I4 giving

                           I4    =  I12                                        MAX VOUT Volts 2k Load  15
                                    I4

                           I4 = I1

The denominator current can also be supplied externally by pro-                                          10

viding a reference voltage, VREF, to Pin 6. The circuit operates
identically to the rms case except that I3 is now proportional to

VREF. Thus:                                                                                              5
and
                    I4     =   Avg      I12
                                        I3
                                                                                                         0
                                                                                                             0  3 5  10                           15   18
                              = V IN 2
                                V DEN                                                                           SUPPLY VOLTAGE DUAL SUPPLY Volts

                    VO

This is the mean square of the input signal.                                            Figure 3. AD637 Max VOUT vs. Supply Voltage

STANDARD CONNECTION                                                            CHIP SELECT
The AD637 is simple to connect for a majority of rms measure-                  The AD637 includes a chip select feature which allows the user
ments. In the standard rms connection shown in Figure 2, only                  to decrease the quiescent current of the device from 2.2 mA to
a single external capacitor is required to set the averaging time              350 A. This is done by driving the CS, Pin 5, to below 0.2 V
constant. In this configuration, the AD637 will compute the                    dc. Under these conditions, the output will go into a high im-
true rms of any input signal. An averaging error, the magnitude                pedance state. In addition to lowering power consumption, this
of which will be dependent on the value of the averaging capaci-               feature permits bussing the outputs of a number of AD637s to
tor, will be present at low frequencies. For example, if the filter            form a wide bandwidth rms multiplexer. If the chip select is not
capacitor CAV, is 4 F this error will be 0.1% at 10 Hz and in-                being used, Pin 5 should be tied high.
creases to 1% at 3 Hz. If it is desired to measure only ac signals,

                                                                          4                                                                          REV. E
                                                                                                                                                                                                                                        AD637

OPTIONAL TRIMS FOR HIGH ACCURACY                                                                                                                                            functions of input signal frequency f, and the averaging time
The AD637 includes provisions to allow the user to trim out                                                                                                                 constant  (: 25 ms/F of averaging capacitance). As shown in
both output offset and scale factor errors. These trims will result                                                                                                         Figure 6, the averaging error is defined as the peak value of the
in significant reduction in the maximum total error as shown in                                                                                                             ac component, ripple, plus the value of the dc error.
Figure 4. This remaining error is due to a nontrimmable input
offset in the absolute value circuit and the irreducible non-                                                                                                               The peak value of the ac ripple component of the averaging er-
linearity of the device.                                                                                                                                                    ror is defined approximately by the relationship:
The trimming procedure on the AD637 is as follows:
                                                                                                                                                                                               50
l. Ground the input signal, VIN and adjust R1 to give 0 V out-                                                                                                                               6.3 f in % of reading where (t > 1/f)
   put from Pin 9. Alternatively R1 can be adjusted to give the
   correct output with the lowest expected value of VIN.                                                                                                                              EO
                                                                                                                                                                                                                            IDEAL
2. Connect the desired full scale input to VIN, using either a dc                                                                                                                                                             EO
   or a calibrated ac signal, trim R3 to give the correct output at                                                                                                                                                             DC ERROR = AVERAGE OF OUTPUTIDEAL
   Pin 9, i.e., 1 V dc should give l.000 V dc output. Of course, a
   2 V peak-to-peak sine wave should give 0.707 V dc output.                                                                                                                                                                                      AVERAGE ERROR
   Remaining errors are due to the nonlinearity.
                                                                                                                                                                                           DOUBLE-FREQUENCY
               5.0                                                                                                                                                                                    RIPPLE

                                                       AD637K MAX                                                                                                                                                                                               TIME

               2.5                                                                                                                                                          Figure 6. Typical Output Waveform for a Sinusoidal Input
                                                                                  INTERNAL TRIM
                                                                                                                                                                            This ripple can add a significant amount of uncertainty to the
      ERROR mV0                                         AD637K                                                                                                            accuracy of the measurement being made. The uncertainty can
                                                                                                                                             DC ERROR OR RIPPLE % OF READINGEXTERNAL TRIMbe significantly reduced through the use of a post filtering net-
                                                                                                                                                                            work or by increasing the value of the averaging capacitor.
        2.5
                                                                                                                                                                            The dc error appears as a frequency dependent offset at the
                   AD637K: 0.5mV 0.2%                                                                                                                                       output of the AD637 and follows the equation:
                                 0.25mV 0.05%
                                 EXTERNAL                                                                                                                                                                1
                                                                                                                                                                                                0.16 + 6.42 f 2 in % of reading
        5.0                     0.5            1.0        1.5                 2.0                                                                                           Since the averaging time constant, set by CAV, directly sets the
            0                                                                                                                                                               time that the rms converter "holds" the input signal during
                                                                                                                                                                            computation, the magnitude of the dc error is determined only
                                     INPUT LEVEL Volts                                                                                                                    by CAV and will not be affected by post filtering.

Figure 4. Max Total Error vs. Input Level AD637K                                                                                                                                           100
Internal and External Trims

                                     BUFFER               AD637
                    1
                                                                       14                                                                                                     10
                    2                                    ABSOLUTE               R4
                                                            VALUE                                                                                                                                                      PEAK RIPPLE
           +VS      3                                                         147                                                                                             1.0
                                               SQUARER/DIVIDER         13
                                                                  25k                                                                                                                         DC ERROR
                                                                                          VIN

                                                                       12

OUTPUT     R1                4        BIAS                             11     +VS
OFFSET  50k          R2            SECTION
ADJUST              1M
                                25k
               VS  5                                                  10     VS

                    6                                                  9                                                                                                      0.1    100                                            1k  10k
                                                                           +                                                                                                     10

                                                                                   V rms                                                                                             SINEWAVE INPUT FREQUENCY Hz

                                                                              CAV  OUT

                    7                                     FILTER       8                                                                                                    Figure 7. Comparison of Percent DC Error to the Percent
                                                                                                                                                                            Peak Ripple over Frequency Using the AD637 in the Stan-
                                                               R3                                                                                                           dard RMS Connection with a 1 F CAV
                                                              1k
                                                                                                                                                                            The ac ripple component of averaging error can be greatly
                                                      SCALE FACTOR ADJUST,                                                                                                  reduced by increasing the value of the averaging capacitor.
                                                                     2%                                                                                                     There are two major disadvantages to this: first, the value of the
                                                                                                                                                                            averaging capacitor will become extremely large and second, the
      Figure 5. Optional External Gain and Offset Trims                                                                                                                     settling time of the AD637 increases in direct proportion to the
                                                                                                                                                                            value of the averaging capacitor (Ts = 115 ms/F of averaging
CHOOSING THE AVERAGING TIME CONSTANT                                                                                                                                        capacitance). A preferable method of reducing the ripple is
The AD637 will compute the true rms value of both dc and ac                                                                                                                 through the use of the post filter network, shown in Figure 8.
input signals. At dc the output will track the absolute value of                                                                                                            This network can be used in either a one or two pole configura-
the input exactly; with ac signals the AD637's output will ap-                                                                                                              tion. For most applications the single pole filter will give the
proach the true rms value of the input. The deviation from the                                                                                                              best overall compromise between ripple and settling time.
ideal rms value is due to an averaging error. The averaging error
is comprised of an ac and dc component. Both components are

REV. E                                                                                           5
AD637

                                                                                                                100                                                                       100
                                                                                                                                                                                          10
                                 BUFFER  AD637                         BUFFER      RMS                                                                     0.01%                          1.0
                                                                  14 OUTPUT      OUTPUT
BUFFER INPUT                                                                                                                                                                              0.1
                         1                                                                                                                                               ERROR           0.01
                                                                                                                                                                                     100k
                 NC 2                              ABSOLUTE              SIGNAL                                         10                           0.1%  ERROR                               FOR 1% SETTLING TIME IN SECONDS
                                                      VALUE               INPUT                                                                                                                    MULTIPLY READING BY 0.115
ANALOG COM 3                                                      13                          REQUIRED CAV F
         OUTPUT                          SQUARER/DIVIDER
         OFFSET                                              25k                                                                          1%     ERROR
                        4
                                                                  12 NC          +                                                   10%
                                                                                  C3
                               BIAS
                            SECTION                                                                                     1.0               ERROR

                                                                  11     +VS

    CHIP     5                                                    10     VS                                                   VALUES FOR CAV AND
SELECT                                                                                                                         1% SETTLING TIME
                                                                                                                        0.1 FOR STATED % OF READING
DENOMINATOR                 25k
                                                                                                                               AVERAGING ERROR*
INPUT        6                                                    9                                                            ACCURACY 2% DUE TO
                                                                      +                                                        COMPONENT TOLERANCE

          dB 7                           FILTER                   8      CAV                             * %dc ERROR + %RIPPLE (Peak)
                                                                                              0.01

                                                                                                                             1   10       100              1k                   10k

                                                                                                                                     INPUT FREQUENCY Hz

      RX                                                              24k                                                                 Figure 9a.
    24k
                                                                             FOR 1 POLE                                   100                    VALUES OF CAV, C2 AND               100
+                                                                         FILTER, SHORT
C2                                                                                                                                              1% SETTLING TIME FOR
                                                                                RX AND
                                                                             REMOVE C3                                                           STATED % OF READING

                                                                                                                                                 AVERAGING ERROR*                                        FOR 1% SETTLING TIME IN SECONDS
                                                                                                                                                                                                             MULTIPLY READING BY 0.400
                                                                                                                                                 FOR 1 POLE POST FILTER

          Figure 8. Two Pole Sallen-Key Filter                                                REQUIRED CAV (AND C2)       10                                                         10
                                                                                                 C2 = 3.3  CAV
                                                                                                                                                 * %dc ERROR + % PEAK RIPPLE

                                                                                                                                                     ACCURACY 20% DUE TO

Figure 9a shows values of CAV and the corresponding averaging                                                                                        COMPONENT TOLERANCE
error as a function of sine-wave frequency for the standard rms
connection. The 1% settling time is shown on the right side of                                                            1.0        5% E1R%RE0OR.1RR%O0.ER0R1%ROERRROR              1.0
the graph.                                                                                                                0.1                                                        0.1

Figure 9b shows the relationship between averaging error, signal                                                        0.01     10       100              1k                   10k       0.01
frequency settling time and averaging capacitor value. This                                                                   1                                                      100k
graph is drawn for filter capacitor values of 3.3 times the averag-
ing capacitor value. This ratio sets the magnitude of the ac and                                                        100          INPUT FREQUENCY Hz
dc errors equal at 50 Hz. As an example, by using a 1 F averag-                                                          10
ing capacitor and a 3.3 F filter capacitor, the ripple for a 60 Hz                                                      1.0              Figure 9b.
input signal will be reduced from 5.3% of reading using the                                                              0.1
averaging capacitor alone to 0.15% using the single pole filter.                              REQUIRED CAV (AND C2 + C3)                                                                            100  FOR 1% SETTLING TIME IN SECONDS
This gives a factor of thirty reduction in ripple and yet the set-                               C2 = C3 = 2.2  CAV     0.01                      VALUES OF CAV, C2 AND C3                                   MULTIPLY READING BY 0.365
tling time would only increase by a factor of three. The values of                                                            1                   AND 1% SETTLING TIME FOR
CAV and C2, the filter capacitor, can be calculated for the desired                                                                               STATED % OF READING
value of averaging error and settling time by using Figure 9b.
                                                                                                                                                  AVERAGING ERROR*
The symmetry of the input signal also has an effect on the mag-
nitude of the averaging error. Table I gives practical component                                                                                  2 POLL SALLEN-KEY FILTER
values for various types of 60 Hz input signals. These capacitor
values can be directly scaled for frequencies other than 60 Hz,                                                                                                                                     10
i.e., for 30 Hz double these values, for 120 Hz they are halved.                                                                                 * %dc ERROR + % PEAK RIPPLE
                                                                                                                                                 ACCURACY 20% DUE TO
                                                                                                                                                 COMPONENT TOLERANCE

For applications that are extremely sensitive to ripple, the two pole                                                                5% E1R%RE0O.R1RR%O0E.R0R1R%OERRROR              1.0
configuration is suggested. This configuration will minimize                                                                                                                         0.1
capacitor values and settling time while maximizing performance.
                                                                                                                                                                                         0.01
Figure 9c can be used to determine the required value of CAV,                                                                    10       100              1k                   10k  100k
C2 and C3 for the desired level of ripple and settling time.
                                                                                                                                     INPUT FREQUENCY Hz

                                                                                                                                          Figure 9c.

                                                                                         6                                                                                         REV. E
                                                                                                                                                                                    AD637

Table I. Practical Values of CAV and C2 for Various Input                                          AC MEASUREMENT ACCURACY AND CREST FACTOR
Waveforms                                                                                          Crest factor is often overlooked in determining the accuracy of
                                                                                                   an ac measurement. Crest factor is defined as the ratio of the
                                                                 Recommended CAV and C2            peak signal amplitude to the rms value of the signal (C.F. = Vp/
                                                                                                   V rms). Most common waveforms, such as sine and triangle
                                   Absolute Value    Minimum     Values for 1% Averaging           waves, have relatively low crest factors (2). Waveforms which
                                   Circuit Waveform  R  CAV                                        resemble low duty cycle pulse trains, such as those occurring in
                 Input Waveform    and Period        Time        Error@60Hz with T = 16.6ms 1%     switching power supplies and SCR circuits, have high crest
                 and Period                          Constant                                      factors. For example, a rectangular pulse train with a 1% duty
                                                                 Recommended Recommended Settling
                                                                 Standard       Standard           cycle has a crest factor of 10 (C.F. = 1  ).
                                                                 Value CAV      Value C2  Time

                 T                         1/2T

A                        0V                          1/2T        0.47F          1.5F      181ms

   Symmetrical Sine Wave           T
           T

B                                                    T           0.82F          2.7F      325ms                                               T                               100s
                               0V                                                                                                                                                T
                                                                                                                                                           =  DUTY  CYCLE  =
        Sine Wave with dc Offset
                 T                                                                                                             0 Vp              e0      CF = 1/

                                        T                                                                                               100F             eIN (rms) = 1 Volt rms
                                           T2
C                    T2                              10(T T2)  6.8F           22F       2.67sec
                                        T
                         0V                T2

   Pulse Train Waveform                                                                                                        10

                 T                                                                                                                                                                 CAV = 22F

D                    T2                              10(T 2T2) 5.6F           18F       2.17sec

                         0V                                                                             INCREASE IN ERROR %

FREQUENCY RESPONSE                                                                                                             1.0
The frequency response of the AD637 at various signal levels is                                                                                                                                           CF = 10
shown in Figure 10. The dashed lines show the upper frequency
limits for 1%, 10% and 3 dB of additional error. For example,                                                                0.1
note that for 1% additional error with a 2 V rms input the high-
est frequency allowable is 200 kHz. A 200 mV signal can be                                                                                                                          CF = 3
measured with 1% error at signal frequencies up to 100 kHz.

                                                                                                                               0.01                  10                       100                                  1000
                                                                                                                                     1

                                                                                                                                                     PULSEWIDTH s

   VOUT Volts    10 7V RMS INPUT                               1%             3dB                 Figure 11. AD637 Error vs. Pulsewidth Rectangular Pulse
                          2V RMS INPUT                                 10%
                          1V RMS INPUT                                                             Figure 12 is a curve of additional reading error for the AD637
                                                                                                   for a 1 volt rms input signal with crest factors from 1 to 11. A
                     1                                                                             rectangular pulse train (pulsewidth 100 s) was used for this test
                                                                                                   since it is the worst-case waveform for rms measurement (all
                          100mV RMS INPUT
                  0.1                                                                                                          +1.5

                 0.01                                                                                                          +1.0
                          10mV RMS INPUT

                 1k                10k               100k                   1M            10M           INCREASE IN ERROR %  +0.5

                                        INPUT FREQUENCY Hz                                                                       0

                  Figure 10. Frequency Response                                                                                +0.5
                                                                                                                                           POSITIVE INPUT PULSE
To take full advantage of the wide bandwidth of the AD637 care                                                                                      CAV = 22F
must be taken in the selection of the input buffer amplifier. To
insure that the input signal is accurately presented to the con-                                                               1.0
verter, the input buffer must have a 3 dB bandwidth that is
wider than that of the AD637. A point that should not be over-                                                                 1.5
looked is the importance of slew rate in this application. For                                                                       1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
example, the minimum slew rate required for a 1 V rms 5 MHz                                                                                                             CREST FACTOR
sine-wave input signal is 44 V/s. The user is cautioned that this
is the minimum rising or falling slew rate and that care must be                                                                Figure 12. Additional Error vs. Crest Factor
exercised in the selection of the buffer amplifier as some amplifi-
ers exhibit a two-to-one difference between rising and falling slew
rates. The AD845 is recommended as a precision input buffer.

REV. E                                                                                             7
AD637

MAGNITUDE OF ERROR % OF rms LEVEL  2.0                                                                                                DB CALIBRATION

                                     1.8                                                                                                1. Set VIN = 1.00 V dc or 1.00 V rms

                                     1.6                                                                                                2. Adjust R1 for 0 dB out = 0.00 V

                                     1.4                                                                                                3. Set VIN = 0.1 V dc or 0.10 V rms

                                     1.2                                                                                                4. Adjust R2 for dB out = 2.00 V

                                                                   CF = 10                                                              Any other dB reference can be used by setting VIN and R1
                                     1.0                                                                                                accordingly.

                                     0.8                                                                                                LOW FREQUENCY MEASUREMENTS
                                                                   CF = 7                                                               If the frequencies of the signals to be measured are below
                                                                                                                                        10 Hz, the value of the averaging capacitor required to deliver
                                     0.6                                                                                                even 1% averaging error in the standard rms connection be-
                                                                                                                                        comes extremely large. The circuit shown in Figure 15 shows an
                                     0.4                                                                                                alternative method of obtaining low frequency rms measure-
                                                                                                                                        ments. The averaging time constant is determined by the prod-
                                     0.2                                                                                                uct of R and CAV1, in this circuit 0.5 s/F of CAV. This circuit
                                                                                          CF = 3                                        permits a 20:1 reduction in the value of the averaging capacitor,
                                                                                                                                        permitting the use of high quality tantalum capacitors. It is
                                     0.0                                                                                                suggested that the two pole Sallen-Key filter shown in the dia-
                                                                                                                                        gram be used to obtain a low ripple level and minimize the value
                                          0.5                               1.0                   1.5     2.0                           of the averaging capacitor.

                                                                            VIN V rms                                                 If the frequency of interest is below 1 Hz, or if the value of the
                                                                                                                                        averaging capacitor is still too large, the 20:1 ratio can be
Figure 13. Error vs. RMS Input Level for Three Common                                                                                   increased. This is accomplished by increasing the value of R. If
Crest Factors                                                                                                                           this is done it is suggested that a low input current, low offset
                                                                                                                                        voltage amplifier like the AD548 be used instead of the internal
the energy is contained in the peaks). The duty cycle and peak                                                                          buffer amplifier. This is necessary to minimize the offset error
amplitude were varied to produce crest factors from l to 10                                                                             introduced by the combination of amplifier input currents and
while maintaining a constant 1 volt rms input amplitude.                                                                                the larger resistance.

CONNECTION FOR dB OUTPUT
Another feature of the AD637 is the logarithmic or decibel out-
put. The internal circuit which computes dB works well over a
60 dB range. The connection for dB measurement is shown in
Figure 14. The user selects the 0 dB level by setting R1 for the
proper 0 dB reference current (which is set to exactly cancel the
log output current from the squarer/divider circuit at the desired
0 dB point). The external op amp is used to provide a more
convenient scale and to allow compensation of the +0.33%/C
temperature drift of the dB circuit. The special T.C. resistor R3
is available from Tel Labs in Londenderry, New Hampshire
(model Q-81) and from Precision Resistor Inc., Hillside, N.J.
(model PT146).

                                          SIGNAL                                                                                                                                    R2   dB SCALE
                                           INPUT                                                                                                                    33.2k                FACTOR
                                                                                                                                                                                         ADJUST
                                                                                                                                                                                     5k
                                                                                                                                                                                  +VS

                                                                                                  BUFFER  AD637                          BUFFER                 R3
                                                                                                                                         OUTPUT               60.4
                                          BUFFER INPUT                                                                             14
                                                                  1                                                                      SIGNAL      1k*
                                                                                                                                         INPUT
                                                                            NC 2                                    ABSOLUTE       13                               AD707JN
                                                                                                                       VALUE
                                          ANALOG COM 3                                                                             12 NC                                             COMPENSATED
                                                                                                          SQUARER/DIVIDER                                                            dB OUTPUT
                                                  OUTPUT                                  BIAS                                25k                                                    + 100mV/dB
                                                  OFFSET                               SECTION
                                                                                                                          FILTER                                          VS
                                                                 4
                                                                                                                                   11 +VS

                                                      CHIP                  5                                                      10 VS
                                                  SELECT
                                                                                                                                         RMS OUTPUT
                                          DENOMINATOR                       6        25k                                           9+

                                          INPUT                                                                                               1F
                                                                                                                                   8
                                                                            dB
                                                                                  7                                                      CAV

                                          10k                                            +VS

                                            R1                             +2.5 VOLTS             AD508J                                             *1k + 3500ppm
                                          500k                                                                                                       TC RESISTOR TEL LAB Q81
                                                                                                                                                     PRECISION RESISTOR PT146
                                                                                                                                                     OR EQUIVALENT

                                          0dB ADJUST

                                                                                                          Figure 14. dB Connection

                                                                                                                                   8                                                             REV. E
                                                                                                                                            AD637

                                                                                               1F     +VS

                        NOTE: VALUES CHOSEN TO GIVE 0.1%                        3.3M 3.3M
                                  AVERAGING ERROR @ 1Hz

                                        BUFFER           AD637                           1F           AD548JN
                        1                                                 14
                                                                                                                                        FILTERED
                                                                                                                                     V rms OUTPUT

                        NC 2                              ABSOLUTE       13          SIGNAL                  VS
                                                             VALUE       12 NC       INPUT            6.8M
                               3
        +VS                               BIAS  SQUARER/DIVIDER                                            1000pF
                                                                    25k
        OUTPUT      1M                 SECTION
        OFFSET 50k            4                                 FILTER
        ADJUST                                                           11     +VS
                              5
        VS                         25k                                  10     VS

                              6                                          9                     VIN2
                                                                             +                 V rms
                               7                                                   100F

                                                                         8
                                                                              CAV

                                                      499k 1%

                                                CAV1  R

                                                3.3F

                        Figure 15. AD637 as a Low Frequency RMS Converter

VECTOR SUMMATION                                                                               EXPANDABLE
Vector summation can be accomplished through the use of two
AD637s as shown in Figure 16. Here the averaging capacitors                                   BUFFER       AD637
are omitted (nominal 100 pF capacitors are used to insure                     1                                             14
stability of the filter amplifier), and the outputs are summed as
shown. The output of the circuit is                                           2                          ABSOLUTE 13                 VX IN
                                                                                                             VALUE
                            VO = VX2 +VY 2                                    3                                                       +VS
This concept can be expanded to include additional terms by                              BIAS                                    12   VS
feeding the signal from Pin 9 of each additional AD637 through
a 10 k resistor to the summing junction of the AD711, and ty-                         SECTION  SQUARER/DIVIDER
ing all of the denominator inputs (Pin 6) together.                           4                                                  11
If CAV is added to IC1 in this configuration, the output is
                                                                              5                                    25k
  V X 2 +VY 2 . If the averaging capacitor is included on both                                                                   10
                                                                                   25k
IC1 and IC2, the output will be V X 2 +VY 2 .                                 6                            FILTER  9                               5pF
                                                                                                                                                     10k
This circuit has a dynamic range of 10 V to 10 mV and is lim-                 7                                        100pF
ited only by the 0.5 mV offset voltage of the AD637. The useful                                                    8                                AD711K
bandwidth is 100 kHz.                                                                                                                                     10k
                                                                                              BUFFER                               10k                    20k
                                                                              1                            AD637

                                                                                                                            14

                                                                              2                       ABSOLUTE     13 VX IN
                                                                                                         VALUE
                                                                              3
                                                                                         BIAS                      12

                                                                                      SECTION  SQUARER/DIVIDER 11                    +VS
                                                                              4
                                                                                                           25k
                                                                              5
                                                                                                                   10                VS
                                                                                   25k
                                                                              6                                    9

                                                                              7                                                      100pF

                                                                                                           FILTER  8

                                                                                                                                                                 VOUT = VX2 + VV2

                                                                                Figure 16. AD637 Vector Sum Configuration

REV. E                                                             9
AD637

                                                               OUTLINE DIMENSIONS

                                                            Dimensions shown in inches and (mm).

                         TO-116 Package                                                                                           Cerdip Package
                               (D-14)                                                                                                   (Q-14)

       0.005 (0.13) MIN  0.098 (2.49) MAX                                                                    0.005 (0.13) MIN     0.098 (2.49) MAX                                   C804f012/99 (rev. E)

              14                     8                                                                          14                      8

                                        0.310 (7.87)                                                                                       0.310 (7.87)

                                        0.220 (5.59)                                                                                       0.220 (5.59)

              1                      7                                                                          1                       7

                   PIN 1                0.060 (1.52)        0.320 (8.13)                                            PIN 1                                      0.320 (8.13)
                  0.785 (19.94) MAX     0.015 (0.38)        0.290 (7.37)                                                                                       0.290 (7.37)
                                                                                                                    0.785 (19.94) MAX 0.060 (1.52)
                                                0.150               0.015 (0.38)
0.200 (5.08)                                    (3.81)              0.008 (0.20)                    0.200 (5.08)                           0.015 (0.38)
         MAX                                    MAX                                                          MAX
                                                                                                                                                      0.150
0.200 (5.08)                                                                                        0.200 (5.08)                                      (3.81)        0.015 (0.38)
                                                                                                    0.125 (3.18)                                      MIN
0.125 (3.18)
                                                                                                                  0.023 (0.58)
       0.023 (0.58)      0.100 0.070 (1.78) SEATING                                                               0.014 (0.36)  0.100   0.070 (1.78)  SEATING  15  0.008 (0.20)
       0.014 (0.36)      (2.54) 0.030 (0.76) PLANE                                                                              (2.54)  0.030 (0.76)  PLANE
                         BSC                                                                                                    BSC                            0

                                                                                  SOIC Package
                                                                                       (R-16)

                                                            0.4133 (10.50)
                                                            0.3977 (10.00)

                                                        16                        9

                                                                                     0.2992 (7.60)

                                                                                     0.2914 (7.40)

                                                                                     0.4193 (10.65)

                                                        1                         8  0.3937 (10.00)

                                           PIN 1 0.050 (1.27)  0.1043 (2.65)                                    0.0291 (0.74)
                                                          BSC  0.0926 (2.35)                                    0.0098 (0.25) 45

                                        0.0118 (0.30)       0.0192 (0.49)                                    8
                                        0.0040 (0.10)       0.0138 (0.35)
                                                                                     SEATING  0.0125 (0.32)  0      0.0500 (1.27)
                                                                                     PLANE                          0.0157 (0.40)

                                                                                              0.0091 (0.23)

                                                                                                                                                                                     PRINTED IN U.S.A.

                                                                                     10                                                                                    REV. E
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