实验室电路之16通道数据采集系统.PDF

www.EET- 实验室电路之16 通道数据采集系统 连接/参考器件 AD7984 18 位、1.33 MSPS PulSAR 10.5 mW ADC，采用MSOP/QFN 封装 AD8475 精密、可选增益、全差分漏斗放大器 AD8065 高性能、145 MHz FastFET 运算放大器 ADG5208 高压防闩锁型8 通道多路复用器 ADG5236 高压防闩锁型双通道SPDT 开关 ADR444 超低噪声、4.096 V、LDO XFET 基准电压源，具有吸电流和源电流能力 评估和设计支持 电路评估板 CN-0269电路评估板(EVAL-CN0269-SDPZ) 系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z) 设计和集成文件 原理图、布局文件、物料清单 电路功能与优势 图1 显示的是高性能工业信号电平多通道数据采集电路，已针对快速通道间切换进行了优化。该电路能以 最高18 位分辨率处理16 通道单端输入或8 通道差分输入。 单通道采样速率高达1.33 MSPS，分辨率为18 位。所有输入通道的通道间切换速率为250 kHz，具有16 位性能。 信号处理电路与简单的4 位增/减二进制计数器结合，提供无需FPGA、CPLD 或高速处理器即可实现通道 间切换的简单、高性价比方案。可编程设置计数器，使其递增或递减计数，实现顺序采样多个通道；也可 加载固定的二进制字，用于单通道采样。 本电路是多通道数据采集卡的理想解决方案，可用于多种工业应用，包括过程控制和电力线监控。 www.EET www.EET- 图1. 多通道数据采集电路 （原理示意图： 未显示所有元件、连接和去耦） 电路描述 图1 中的电路是一款经典的多通道异步数据采集信号链，由多路复用器、放大器和ADC 组成。 该架构允许使用单个ADC 对多通道进行快速采样，具有低成本和出色的通道间匹配性能。 通道间切换速度受限于信号链上多路复用器之后的多个元件建立时间，因为多路复用器会对下游放大器和 ADC 产生满量程步进电压输出。该电路的元件经过精心挑选，最大程度降低建立时间，提升通道间切换速 度。 器件选择 ADG5208 多路复用器根据3 位二进制地址线所确定的地址，将8 路输入之一切换至公共输出。ADG5236 内置两个独立可选的单刀双掷(SPDT)开关。两个ADG5208 开关与一个ADG5236 结合，允许 16 路单端 通道或8 路真差分通道通过4 位数字控制信号连接信号链的其余部分。 4 位数字信号由4 位二进制增/减计数器产生，计数器的触发信号与18 位、1.33 MSPS AD7984 ADC 的转 换(CNV)输入是同一个信号。 AD8065 JFET 输入运算放大器带宽为145 MHz，配置为单位增益缓冲器，可提供出色的建立时间性能和 极高的输入阻抗。AD8065 还提供极低的阻抗输出，驱动AD8475 漏斗放大器的衰减级。 全差分信号链具有以下优势：良好的共模抑制性能和更少的二阶失真产物。为了利用现代低压差分输入 ADC 处理±10 V 工业电平信号，有必要使用衰减和电平转换级。 www.EET www.EET- AD8475 是一款全差分衰减 （漏斗）放大器，集成精密增益电阻，提供0.4 倍或0.8 倍的精密衰减、共模电 平转换和单端至差分转换，以及输入过压保护等功能。快速建立时间 （0.001%建立时间为50 ns ）以及低 噪声性能(10 nV/√Hz)使得AD8475 非常适合用来驱动采样速率最高为4 MSPS 的18 位差分输入ADC 。 本电路选取了AD7984——一款18 位PulSAR® ADC，对单通道进行采样时，该器件能以1.33 MSPS 的 速率提供18 位分辨率。但是，顺序切换通道时，信号链上各种元件的建立时间限制了整体精度。例如，以 250 kHz 速率进行通道间切换时，具有16 位性能。 时序分析 若图 1 中的电路工作在连续切换模式下，则所有 16 通道单端或 8 通道差分信号流将通过 ADG5208 和 ADG5236 组成的两