基于完整數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　圖4. ADAS3022的INL和FFT性能

　　PGIA具有很大的共模輸入范圍、真正的高阻抗輸入(>500 MΩ)和寬動(dòng)態(tài)范圍，這使得它能夠處理4 mA至20 mA的環(huán)路電流，精確測(cè)量小傳感器信號(hào)，抑制交流電力線、電機(jī)和其他來(lái)源的干擾(90 dB的最小CMR)。

　　輔助差分輸入通道可處理±4.096 V輸入信號(hào)。它旁路多路復(fù)用器和PGIA級(jí)，允許與16位SAR ADC直接接口。片內(nèi)溫度傳感器可以監(jiān)控本地溫度。

　　這種高集成度可以節(jié)省電路板空間，降低整體部件成本，使得ADAS3022非常適合空間受限的應(yīng)用，例如自動(dòng)測(cè)試設(shè)備、電力線監(jiān)控、工業(yè)自動(dòng)化、過(guò)程控制、病人監(jiān)護(hù)以及其他工業(yè)和儀表系統(tǒng)，它們都采用±10 V的工業(yè)信號(hào)電平工作。

　　圖5. 采用集成PGA的完整5 V、單電源、8通道數(shù)據(jù)采集解決方案

　　圖5顯示完整的8通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)。ADAS3022采用±15 V和+5 V模擬和數(shù)字電源，以及1.8V至5V邏輯I/O電源。高效率、低紋波DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器 ADP1613使得DAS能夠采用5 V單電源工作。ADP1613使用 ADIsimPower™設(shè)計(jì)工具配置為單端初級(jí)原邊電感(SEPIC)拓?fù)?，提供多路?fù)用器和PGIA所需的±15 V雙極性電源，而不會(huì)影響性能。

　　表1對(duì)ADAS3022和分立信號(hào)鏈的噪聲性能進(jìn)行了比較，并利用每個(gè)元件的輸入信號(hào)幅度、增益、等效噪聲帶寬(ENBW)和折合到輸入端的(RTI)噪聲，計(jì)算整個(gè)信號(hào)鏈的總噪聲。

　　表1. ADAS3022和分立信號(hào)鏈的噪聲性能

　　AD8475和AD7982(圖2)之間的單極點(diǎn)低通濾波器(LPF)可以衰減來(lái)自AD7982的開(kāi)關(guān)電容輸入的反沖，限制高頻噪聲量。LPF的-3 dB帶寬(f-3dB) 為6.1 MHz(R = 20 Ω，C = 1.3 nF)，在1 MSPS速率下進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，可快速建立輸入信號(hào)。LPF的ENBW計(jì)算方法為：

　　ENBW = π/2 × f-3dB = 9.6 MHz

　　請(qǐng)注意，此計(jì)算方法忽略了來(lái)自基準(zhǔn)電壓源和LPF的噪聲，因?yàn)樗粫?huì)對(duì)主要由PGIA決定的總噪聲產(chǎn)生很大影響。

　　以使用±5 V輸入范圍為例。在此情況下，AD8251的增益設(shè)置為2.漏斗放大器設(shè)置的固定增益為0.4,適用于所有四種輸入范圍。因此AD7982要處理0.5V至4.5V的差分信號(hào)(4 V p-p)。ADG1208的RTI噪聲從Johnson/Nyquist噪聲公式得出：en2 = 4KBTRON, 其中KB = 1.38 × 10 23 J/K, T = 300K, and RON = 270 Ω。

　　AD8251的RTI噪聲由數(shù)據(jù)手冊(cè)中增益為2時(shí)的27 nV/√Hz噪聲密度得出。同樣，AD8475的RTI噪聲也由10 nV/√Hz噪聲密度得出，使用的增益為0.8 (2 × 0.4)。在這些計(jì)算中，ENBW = 9.6 MHz.AD7982的RTI噪聲則根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)中增益為0.8時(shí)的95.5 dB SNR計(jì)算得到。整個(gè)信號(hào)鏈的總RTI噪聲根據(jù)分立元件的RTI噪聲的方和根(rss)計(jì)算。89.5 dB的總SNR可通過(guò)公式SNR = 20 log(VINrms/RTITotal)計(jì)算。

　　雖然分立信號(hào)鏈的理論噪聲估計(jì)值(SNR)和整體性能與ADAS3022相當(dāng)，特別是在低增益(G = 1和G = 2)和低吞吐率(遠(yuǎn)低于1 MSPS)條件下，但它并非理想解決方案。與分立式解決方案相比，ADAS3022可以節(jié)省大約50%的成本和大約67%的電路板空間，它還可以接收其他三個(gè)輸入范圍(±0.64 V、±20.48 V、±24.576 V)，這是分立式解決方案無(wú)法提供的。

　　結(jié)論

　　下一代工業(yè)PLC模塊需要高精度、可靠運(yùn)行和功能靈活性，所有這些特性都必須通過(guò)外形小巧的低成本產(chǎn)品提供。ADAS3022具有業(yè)界領(lǐng)先的集成度和性能，支持廣泛的電壓和電流輸入，以便處理工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程控制的各種傳感器信號(hào)。ADAS3022是PLC模擬輸入模塊和其他數(shù)據(jù)采集卡的理想之選，它使得工業(yè)制造商能夠讓他們的系統(tǒng)具有與眾不同的特性，同時(shí)滿足更加嚴(yán)苛的用戶要求。