低成本、16位、250 kSPS、8通道、隔離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)

AD7689是一款現(xiàn)代SAR ADC，使用內(nèi)部開關(guān)電容DAC。由于采用SAR架構(gòu)，轉(zhuǎn)換過(guò)程中無(wú)流水線延遲，從而大大簡(jiǎn)化多路復(fù)用操作。圖3顯示等效模擬輸入電路。小瞬態(tài)電流以采樣頻率注入模擬輸入，由R5和C2組成的外部濾波器網(wǎng)絡(luò)減小了它對(duì)運(yùn)算放大器輸出的影響。此外，濾波器帶寬為2.7 MHz，可減少ADC輸入端的噪聲。

圖3. AD7689的等效模擬輸入電路

在4.096 V或2.5 V可選基準(zhǔn)電壓下，此電路的輸入范圍可在±10 V和±6 V之間切換，而不會(huì)降低系統(tǒng)分辨率。

內(nèi)部溫度傳感器可用于監(jiān)控AD7689的結(jié)溫，實(shí)現(xiàn)精密應(yīng)用中的系統(tǒng)校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償。

隔離電源和數(shù)字I/O的單芯片解決方案

ADuM3471是用于電源和數(shù)字I/O隔離的單芯片解決方案。隔離電壓為2500 V rms(UL 1577器件認(rèn)可)。ADuM3471提供4通道隔離式I/O端口，并集成用于隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器的PWM控制器和變壓器驅(qū)動(dòng)器。配合一些外部元件使用時(shí)，ADuM3471可通過(guò)任何調(diào)節(jié)電壓(3 V至24 V)提供2 W隔離電源。必要的外部元件是一個(gè)用于電能傳輸?shù)淖儔浩鳌蓚€(gè)用于全波整流的肖特基二極管、一個(gè)用于紋波抑制的LC濾波器和兩個(gè)用于設(shè)置輸出電壓的反饋電阻。詳情參見ADuM3471數(shù)據(jù)手冊(cè)和圖1。

布局考量

該電路或任何高速/高分辨率電路的性能都高度依賴于適當(dāng)?shù)腜CB布局，包括但不限于電源旁路、信號(hào)路由以及適當(dāng)?shù)碾娫磳雍徒拥貙印Ｓ嘘P(guān)PCB布局的詳細(xì)信息，請(qǐng)參見教程 MT-031、 教程 MT-101和 高速印刷電路板布局實(shí)用指南(《模擬對(duì)話》一文。

有關(guān)CN-0254的完整設(shè)計(jì)支持包，包括原理圖、電路板布局和BOM，請(qǐng)參閱http://www.analog.com/CN0254-DesignSupport。

系統(tǒng)性能

圖4顯示評(píng)估板端子板上的CH0至CH7短接到GND時(shí)，10,000個(gè)ADC的代碼樣本(1 kSPS時(shí)需要1秒)的曲線圖。請(qǐng)注意，95%的代碼處于4 LSB，峰峰值分布約為7 LSB。這對(duì)應(yīng)于約7 ÷ 6.6 = 1.1 LSB的均方根值。

圖4. 0 V DC輸入時(shí)的直方圖，10,000個(gè)樣本

交流性能如圖5所示。采樣速率250 kSPS由系統(tǒng)演示平臺(tái) (EVAL-SDP-CB1Z SDP)控制，包括信號(hào)窗口和FFT的數(shù)字信號(hào)處理通過(guò)CN-0254評(píng)估軟件在PC上計(jì)算。輸入正弦波形為20 kHz音頻，由低失真BK正弦發(fā)生器Type 1051提供。

圖5. KAISER窗口(參數(shù) = 20)、20 KHZ輸入、250 KSPS采樣速率下的FFT

常見變化

對(duì)于需要更高采樣速率的應(yīng)用，AD7699采樣速率高達(dá)500 kSPS，是AD7689的理想引腳替代產(chǎn)品。

AD8615、 AD8616 和 AD8618 分別為單通道/雙通道/四通道精密、CMOS、軌到軌輸入/輸出運(yùn)算放大器，帶寬最高可達(dá)20 MHz。可用于帶寬需求比AD8605/AD8608 系列更高的應(yīng)用。

ADR3412 (1.200 V)、ADR3420 (2.048 V)、ADR3425 (2.500 V)、ADR3430 (3.000 V)、ADR3433 (3.300 V)、ADR3440 (4.096 V) 和 ADR3450 (5.000 V)均為低成本、低功耗、高精度CMOS基準(zhǔn)電壓源，具有±0.1%的初始精度、低工作電流和低輸出噪聲特性，采用SOT-23小型封裝。如果需要，這些器件可代替AD7689內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源。

ADuM3470、 ADuM3471、ADuM3472、ADuM3473和ADuM3474 非常適合需要電源和數(shù)字I/O隔離的應(yīng)用。ADuM120x 和 ADuM140x系列用于隔離式I/O擴(kuò)展。針對(duì)高數(shù)據(jù)速率，ADuM344x系列最高支持150 Mbps。

電路評(píng)估與測(cè)試

設(shè)備要求(可以用同等設(shè)備代替)

帶USB端口的Windows® XP、Windows Vista(32位)或Windows 7(32位)PC

EVAL-CN0254-SDPZ電路評(píng)估板

EVAL-SDP-CB1Z系統(tǒng)演示平臺(tái)評(píng)估板

電源：6 V(直流)，500 mA

CN0254評(píng)估軟件

BK正弦發(fā)生器Type 1051

開始使用

將CN-0254評(píng)估軟件光盤放進(jìn)PC的光盤驅(qū)動(dòng)器，加載評(píng)估軟件。打開“My Computer(我的電腦)”，找到包含評(píng)估軟件光盤的驅(qū)動(dòng)器，打開Readme文件。按照Readme文件中的說(shuō)明安裝和使用評(píng)估軟件。

功能框圖

圖6所示為測(cè)試設(shè)置的功能框圖。EVAL-CN0254-SDPZ-PADSSchematic pdf文件包含CN-0254評(píng)估板的詳細(xì)電路原理圖。

設(shè)置與測(cè)試

將CN-0254評(píng)估電路板上的120引腳連接器連接到EVAL-SDP-CB1Z評(píng)估(SDP)板上的CON A或CON B連接器。使用尼龍五金配件，通過(guò)120引腳連接器兩端的孔牢牢固定這兩片板。將直流輸出電源成功設(shè)置為6 V輸出后，關(guān)閉電源。將6 V連接到CN2。接通電源，然后使用USB轉(zhuǎn)miniUSB電纜將SDP連接到PC。

設(shè)置電源并將其連接到EVAL-CN0254-SDPZ 電路板后，啟動(dòng)評(píng)估軟件。單擊“Connect(連接)”，以便讓軟件與SDP板通信。SDP板可用于發(fā)送、接收、捕捉來(lái)自EVAL-CN0254-SDPZ板的串行數(shù)據(jù)。本電路筆記中的數(shù)據(jù)使用BK正弦發(fā)生器Type 1051生成。