基于16位8通道DASAD7606的系統(tǒng)布局考慮

在電力線路測量和保護系統(tǒng)中，需要對多相輸配電網(wǎng)絡(luò)的大量電流和電壓通道進行同步采樣。這些應(yīng)用中，通道數(shù)量從6個到64個以上不等。AD76068通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)集成16位雙極性同步采樣SAR ADC和片內(nèi)過壓保護功能，可大大簡化信號調(diào)理電路，并減少器件數(shù)量、電路板面積和測量保護板的成本。高集成度使得每個AD7606只需9個低值陶瓷去耦電容就能工作。

在測量和保護系統(tǒng)中，為了保持多相電力線網(wǎng)絡(luò)的電流和電壓通道之間的相位信息，必須具備同步采樣能力。AD7606具有寬動態(tài)范圍，是捕獲欠壓/欠流和過壓/過流狀況的理想器件。輸入電壓范圍可以通過引腳編程設(shè)置為±5 V或±10 V。

此電路筆記詳細(xì)介紹針對采用多個AD7606器件應(yīng)用而推薦的印刷電路板(PCB)布局。該布局在通道間匹配和器件間匹配方面進行了優(yōu)化，有助于簡化高通道數(shù)系統(tǒng)的校準(zhǔn)程序。當(dāng)通道間匹配非常重要時，此電路可以使用2.5 V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源AD7606；而對于要求出色絕對精度的高通道數(shù)應(yīng)用，此電路可以使用外部精密基準(zhǔn)電壓源ADR421，它具有高精度（B級：最大值±1 mV）、低漂移（B級：最大值3 ppm/°C）、低噪聲（典型值1.75 μV p-p，0.1 Hz至10 Hz）等特性。低噪聲及出色的穩(wěn)定性和精度特性使得ADR421非常適合高精度轉(zhuǎn)換應(yīng)用。這兩個器件相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)界前所未有的集成度、通道密度和精度。

電路描述

AD7606是一款集成式8通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，片內(nèi)集成輸入放大器、過壓保護電路、二階模擬抗混疊濾波器、模擬多路復(fù)用器、16位200 kSPS SAR ADC和一個數(shù)字濾波器。圖1所示電路包括兩個AD7606器件，可以配置為使用2.5 V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源或2.5 V外部基準(zhǔn)電壓源ADR421。如果REF SELECT引腳接邏輯高電平，則選擇內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源。如果REF SELECT引腳接邏輯低電平，則選擇外部基準(zhǔn)電壓源。

電源要求如下：AVCC = 5 V, VDRIVE = 2.3 V至5 V（取決于外部邏輯接口要求）。

本電路筆記描述一個評估板的布局和性能，其中內(nèi)置兩個AD7606，構(gòu)成一個16通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。為實現(xiàn)良好的通道間匹配和器件間匹配，模擬輸入通道和器件去耦的對稱布局非常重要。所示數(shù)據(jù)支持利用圖1所示16通道ADC實現(xiàn)的匹配性能。

圖1. 采用兩個AD7606 8通道DAS的16通道、16位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

16通道DAS的雙路AD7606板布局

在內(nèi)置多個AD7606器件的系統(tǒng)中，為確保器件之間的性能匹配良好，這些器件必須采用對稱布局。圖2顯示采用兩個AD7606器件的布局。

圖2. 采用兩個AD7606的16通道DAS的PCB布局

AVCC電壓平面沿兩個器件的右側(cè)布設(shè)，VDRIVE 電源走線沿兩個AD7606器件的左側(cè)布設(shè)?；鶞?zhǔn)電壓芯片ADR421位于兩個AD7606器件之間，基準(zhǔn)電壓走線向上布設(shè)到U2的引腳42，向下布設(shè)到U1的引腳42。使用實心接地層。這些對稱布局原則適用于含有兩個以上AD7606器件的系統(tǒng)。AD7606器件可以沿南北方向放置，基準(zhǔn)電壓位于器件的中間，基準(zhǔn)電壓走線則沿南北方向布設(shè)，類似于圖2。

良好的去耦也很重要，以便降低AD7606的電源阻抗，及其電源尖峰幅度。去耦電容應(yīng)靠近（理想情況是緊靠）這些引腳及其對應(yīng)接地引腳放置。

REFIN/REFOUT引腳和REFCAPA、REFCAPB引腳的去耦電容是攸關(guān)性能的重要電容，應(yīng)盡可能靠近相應(yīng)的AD7606引腳?？赡艿脑?，應(yīng)將這些電容放在電路板上與AD7606器件相同的一側(cè)。圖3顯示AD7606電路板頂層的建議去耦配置。所示的四個陶瓷電容是REFIN/REFOUT引腳、REGCAP引腳、REFCAPA引腳和REFCAPB引腳的去耦電容。這些電容沿南北方向放置，以便盡可能靠近相應(yīng)的引腳。

圖3. 頂層去耦，顯示了兩個REFCAPA引腳、REFIN/REFOUT引腳和REFCAPA/B引腳的去耦電容