低成本、8通道、同步采樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3. 頂層去耦

　　電路板頂層上的四個(gè)陶瓷電容是REFIN/REFOUT引腳、REFCAPA引腳和REFCAPB引腳的去耦電容。這些電容沿南北方向放置，以便盡可能靠近相應(yīng)的引腳。圖4顯示了底層去耦布局，它用于4個(gè)AVCC 引腳和VDRIVE 引腳的去耦。這里使用了多個(gè)過孔將引腳與其相應(yīng)的去耦電容相連。AD7607器件周圍去耦電容的對(duì)稱布局有利于器件間的性能匹配。多個(gè)過孔用來將電容焊盤和引腳焊盤接地及接到電壓平面和基準(zhǔn)電壓走線。

圖4. 底層去耦

　　通道間匹配

　　在高通道數(shù)系統(tǒng)中，良好的通道間和器件間性能匹配可以大大簡(jiǎn)化校準(zhǔn)程序。AD7607器件、模擬輸入通道和去耦電容的對(duì)稱布局有助于多個(gè)器件之間的性能匹配。使用公共系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓能進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的匹配性能。圖5顯示所有輸入接地時(shí)電路板上8個(gè)通道的實(shí)測(cè)匹配性能。這里展示了最多三個(gè)碼的分布直方圖，各通道直方圖的中心為碼1。

圖5. 輸入接地時(shí)8個(gè)通道的直方圖

　　交流性能

　　本電路中，AD7607配置為在外部基準(zhǔn)電壓源模式下工作。ADR421為AD7607的REFIN/REFOUT引腳提供2.5 V基準(zhǔn)電壓。對(duì)AD7607的通道1施加一個(gè)1 kHz信號(hào)。AD7607的輸入范圍配置為±5 V。在所有8個(gè)通道上以200 kSPS采樣時(shí)，AD7607的SNR達(dá)到84.12 dB。這一性能相當(dāng)于大約13.7位的有效位數(shù)(ENOB)，其中ENOB = (SNR ? 1.76 dB)/6.02。

圖6. FFT顯示SNR為84.12 dB（輸入 = 1 kHz，fs = 200 kSPS）

　　為進(jìn)一步提高SNR性能和系統(tǒng)的ENOB，可以將AD7607配置為以8倍過采樣模式工作。這種模式下，SNR提高到85.25 dB，因而有效位數(shù)提高到13.9位。當(dāng)AD7607在8倍過采樣模式下使用時(shí)，各通道的吞吐速率降至25 kSPS。

圖7. FFT顯示SNR為85.26 dB（8倍過采樣，fs = 25 kSPS）

　　上述建議布局能夠確保一個(gè)AD7607實(shí)現(xiàn)良好的通道間匹配性能，并且同一PCB板上的多個(gè)AD7607之間也具有良好的器件間匹配性能。AD7607和ADR421能夠?qū)崿F(xiàn)84 dB的SNR，滿足變電站自動(dòng)化設(shè)備中的低壓保護(hù)和測(cè)量應(yīng)用的80 dB以上動(dòng)態(tài)范圍需求。

　　常見變化

　　AD7607是一款8通道、14位DAS。ADI還提供 AD7606-6 （6通道16位DAS）和 AD760*（4通道16位DAS）。AD7608是一款8通道、18位DAS。相應(yīng)的基準(zhǔn)電壓源可以利用基準(zhǔn)電壓源選型和*估工具進(jìn)行選擇。