使用單個(gè)ADC驅(qū)動(dòng)器的八通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要因素包括：速度、精度、功耗、封裝尺寸及器件成本，對(duì)于不同的應(yīng)用，最關(guān)鍵的因素也不同。本文描述了在八通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，如何使用單個(gè)運(yùn)算放大器來驅(qū)動(dòng)ADC，以降低整個(gè)系統(tǒng)的成本和尺寸。

AD7329八通道、12位帶符號(hào)位、1 MSPS ADC具有真雙極性輸入，以及四個(gè)可獨(dú)立編程的軟件選擇輸入范圍：±4×VREF、±2×VREF、±VREF與0至4×VREF。這款器件設(shè)計(jì)靈活，配置后可滿足各種應(yīng)用需求。如圖1所示，AD7329包含八通道多路復(fù)用器，其后是跟蹤保持與逐次逼近型ADC、通道序列器、2.5V基準(zhǔn)電壓源，以及SPI兼容接口。

圖1:AD7329功能框圖。

模擬輸入通道通過多路復(fù)用器連接到MUXOUT+與MUXOUT–引腳。ADCIN+與ADCIN–引腳連接至跟蹤保持輸入開關(guān)（R1）與采樣電容（C2），如圖2所示。需要注意的是，輸入源必須提供驅(qū)動(dòng)ADC輸入所需的電流，在ADC的300 ns采集時(shí)間內(nèi)建立到所需精度。當(dāng)跟蹤保持開關(guān)從保持切換到跟蹤時(shí)，ADC的瞬態(tài)回彈可能會(huì)影響輸入源。工作在最大采樣速率下的應(yīng)用可能需要一個(gè)輸入緩沖放大器來驅(qū)動(dòng)ADC，將輸入源和跟蹤保持開關(guān)進(jìn)行隔離。

圖2:AD7329模擬輸入結(jié)構(gòu)——單端模式。

AD7329的靈活設(shè)計(jì)使運(yùn)算放大器可以放置在MUXOUT+與ADCIN+引腳之間。在圖3中，AD797超低噪聲、超低失真運(yùn)算放大器將輸入源和AD7329的輸入結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離，增加了輸入阻抗，并減少了驅(qū)動(dòng)ADC所需的電流。這一配置還允許使用單個(gè)運(yùn)算放大器來驅(qū)動(dòng)最大采樣頻率下的八個(gè)模擬輸入通道，從而減少器件數(shù)量、節(jié)省電路板面積，并降低系統(tǒng)成本。

圖3:MUXOUT和ADCIN之間的緩沖器增加了輸入阻抗。

如圖4所示，運(yùn)算放大器配置為用于放大，使AD7329可支持毫伏范圍內(nèi)的信號(hào)，同時(shí)維持高性能。小信號(hào)通過AD797進(jìn)行放大，并施加到ADCIN+引腳。為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，增益的選擇應(yīng)使?jié)M量程輸入信號(hào)能夠使用ADC的完整動(dòng)態(tài)范圍。

圖4:MUXOUT與ADCIN之間的增益級(jí)易于實(shí)現(xiàn)毫伏輸入。

表1所示的是，在10 kHz輸入及1 MSPS采樣速率下，±10 V范圍內(nèi)獲得的性能與增益之間的關(guān)系。需要注意的是，當(dāng)增益等于1000時(shí)，轉(zhuǎn)換器仍然能獲得大于11的有效位數(shù)（ENOB），從而實(shí)現(xiàn)等效于21位ADC的動(dòng)態(tài)范圍。另外，圖3中的配置所提供的所有優(yōu)勢(shì)同樣適合這一應(yīng)用。

表1:交流性能與增益的關(guān)系。

有些應(yīng)用需要改變?cè)鲆?，以適應(yīng)具有不同信號(hào)幅度的輸入通道。在這些情況下，可使用AD8250、AD8251或AD8253等可編程增益儀表放大器（PGIA）來替代運(yùn)算放大器。