工業(yè)數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)鏈路常常要求 ADC 驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行單端輸入至差分輸出的轉(zhuǎn)換，旨在拓展動(dòng)態(tài)范圍。這些 ADC 驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(duì)這些限制條件，具功耗意識(shí)的設(shè)計(jì)一般通過衰減輸入信號(hào)來免除驅(qū)動(dòng)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(duì) ADC 驅(qū)動(dòng)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(huì)帶來不便，因?yàn)樵撔畔⒖梢允呛苤匾⒂糜跈z測(cè)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(duì)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(dòng)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(duì)于一個(gè) 18 位 ADC，共有218 = 262,144 個(gè)代碼)，同時(shí)降低對(duì) ADC 驅(qū)動(dòng)器放大器的輸出擺幅要求。

　　圖 4 示出了一個(gè)完整的信號(hào)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(duì)一個(gè) ±10V 真正雙極信號(hào)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(hào)鏈路的總功耗，而輸入擺幅的減小則為大多數(shù) ADC 驅(qū)動(dòng)器提供了足夠的空間。另外，它還減少了組件數(shù)目并簡(jiǎn)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(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品相比，其性能仍然高出了 2dB。由于免除了驅(qū)動(dòng)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(huì)持續(xù)幾秒或幾天以等待一個(gè)輸入信號(hào)。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(zhǎng)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(duì)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。