工業(yè)數(shù)據(jù)信號采集的選擇
解讀數(shù)字增益壓縮
傳統(tǒng)的高分辨率 SAR ADC 信號鏈路常常要求 ADC 驅(qū)動器進(jìn)行單端輸入至差分輸出的轉(zhuǎn)換,旨在拓展動態(tài)范圍。這些 ADC 驅(qū)動器由一個(gè)正電源和負(fù)電源來供電,其中負(fù)電源必需在驅(qū)動器中維持優(yōu)良的失真性能,這是因?yàn)檩敵鼍w管需要幾十 mV 的電壓以保持高線性度。負(fù)電源軌不僅消耗功率,而且其產(chǎn)生以及在整個(gè) PCB 上的布線都很麻煩。面對這些限制條件,具功耗意識的設(shè)計(jì)一般通過衰減輸入信號來免除驅(qū)動器的負(fù)電源。通過零標(biāo)度和全標(biāo)度代碼的延遲,這些設(shè)計(jì)降低了對 ADC 驅(qū)動器放大器的輸出擺幅要求。然而,在諸如控制系統(tǒng)等多種應(yīng)用中,失去在靠近轉(zhuǎn)移函數(shù)邊界的地方生成代碼的能力可能會帶來不便,因?yàn)樵撔畔⒖梢允呛苤匾⒂糜跈z測超出調(diào)節(jié)范圍的狀況。
圖 3:數(shù)字增益壓縮功能
為了克服上述的基本限制,LTC2379-18系列配備了一種獨(dú)特的數(shù)字增益壓縮 (DGC) 功能。當(dāng)啟用時(shí),ADC 將執(zhí)行一種數(shù)字定標(biāo)功能,把零標(biāo)度代碼從 0V 變換至 0.1 * VREF,并把全標(biāo)度代碼從 VREF 變換至 0.9 * VREF。對于 5V 的典型基準(zhǔn)電壓,輸入范圍將為 0.5V 至 4.5V,這為從單 5V 電源來給驅(qū)動放大器供電提供了足夠的空間。如圖 3 所示,DGC 功能允許 ADC 產(chǎn)生包括零標(biāo)度和全標(biāo)度在內(nèi)的所有代碼 (例如:對于一個(gè) 18 位 ADC,共有218 = 262,144 個(gè)代碼),同時(shí)降低對 ADC 驅(qū)動器放大器的輸出擺幅要求。
圖 4 示出了一個(gè)完整的信號鏈路,借助 LTC2379-18 的 DGC 功能,該鏈路可采用5V 至 12V 單電源以 18 位分辨率和 1.6Msps 采樣速率對一個(gè) ±10V 真正雙極信號進(jìn)行數(shù)字化處理。由于免除了負(fù)電源,因此大幅度地降低了信號鏈路的總功耗,而輸入擺幅的減小則為大多數(shù) ADC 驅(qū)動器提供了足夠的空間。另外,它還減少了組件數(shù)目并簡化了設(shè)計(jì)。此電路在 LTC2379-18 的演示系統(tǒng) DC1783A 中實(shí)現(xiàn),并獲得了 99dB SNR 和超過 100dB THD。即使與最接近的 18 位同類競爭產(chǎn)品相比,其性能仍然高出了 2dB。由于免除了驅(qū)動器放大器的負(fù)電源、并能夠保持 ADC 的零標(biāo)度和全標(biāo)度代碼輸出,因而提供了一款適合新式工業(yè)控制系統(tǒng)的獨(dú)特解決方案。
圖 4:LTC2379-18 采用數(shù)字增益壓縮功能免除了負(fù)電源真正的零功率采樣,低功率耗散:ADC 的總周期包括轉(zhuǎn)換時(shí)間和采集時(shí)間。因此,建議密切關(guān)注采集階段的功率耗散,在該階段中,采集時(shí)間會持續(xù)幾秒或幾天以等待一個(gè)輸入信號。LTC2379-18 在采集階段中的功率耗散幾乎為零,從而使其成為一款真正的零功耗采樣器件。零功耗采樣以及功率耗散與采樣速率的線性定標(biāo)使 LTC2379-18 成為一款具有非常低功耗的器件,在 1.6Msps 時(shí)僅為 18mW,而在 250ksps 時(shí)僅為 3.75mW,同時(shí)支持足足 1.6Msps 的操作速率。另外,LTC2379-18 還提供了一種停機(jī)模式,可用于長時(shí)間的待機(jī)狀態(tài)以最大限度地降低功耗。該停機(jī)模式可將功耗減少至 18μW。對于要求低功率的應(yīng)用 (包括那些在每塊電路板上使用多個(gè) ADC 的應(yīng)用),LTC2379-18 的低功率耗散特性是理想的。
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