5V單電源8通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　電路功能與優(yōu)勢：圖1所示電路是一款高度集成、16位、1 MSPS、多路復(fù)用、8通道、靈活的數(shù)字采集系統(tǒng)（DAS），集成可編程增益儀表放大器（PGIA），能夠處理全范圍工業(yè)級(jí)信號(hào)。+5 V單電源為電路供電，高效率、低紋波升壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生±15 V電壓，可處理最高±24.576 V的差分輸入信號(hào)（±2 LSB INL最大值、±0.5 LSB DNL典型值）。對(duì)于高精度應(yīng)用，這款緊湊、經(jīng)濟(jì)型電路可以提供高精度和低噪聲性能?；谥鸫伪平拇嫫鳎⊿AR）的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成真正的高阻抗差分輸入緩沖器，因此無需額外緩沖；緩沖通常用來減少基于容性數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的SAR模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）產(chǎn)生的反沖。此外，該電路具有高共模抑制，無需外部儀表放大器；而通常存在共模信號(hào)的應(yīng)用中需要用到儀表放大器。

　　ADAS3022是完整的16位、1 MSPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，集成如下器件：一個(gè)8通道、低泄漏多路復(fù)用器；一個(gè)具有高共模抑制的可編程增益儀表放大器級(jí)；一個(gè)精密低漂移4.096 V基準(zhǔn)電壓源；一個(gè)基準(zhǔn)電壓緩沖器；以及一個(gè)高性能、無延遲、16位SAR ADC。ADAS3022在每個(gè)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束時(shí)降低功耗，因此，工作電流和功耗與吞吐率成線性比例關(guān)系，使其成為低采樣速率電池供電應(yīng)用的理想選擇。ADAS3022集成8路輸入和1路COM輸入；該COM輸入可配置為8路單端通道、參考同一基準(zhǔn)電壓的8路通道、4路差分通道或單端和差分通道的不同組合。圖1所示電路中，經(jīng)AD8031運(yùn)算放大器緩沖后的ADR434低噪聲基準(zhǔn)電壓源提供參考電壓。AD8031能夠以快速恢復(fù)的方式驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)負(fù)載，因此非常適合用作參考緩沖器。

　　ADP1613是一款DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器，集成電源開關(guān)，在不影響ADAS3022性能的情況下為ADAS3022提供片內(nèi)輸入多路復(fù)用器以及可編程增益儀表放大器所需的±15 V高壓電源。本電路采用ADAS3022、ADP1613、ADR434和AD8031精密器件的組合，可同時(shí)提供高精度和低噪聲性能。

　　電路描述：首款單芯片上完整的DAS，能夠以最高1 MSPS的速率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并接受最高±24.576 V的差分模擬輸入信號(hào)。該器件需使用高壓雙極性電源：±15 V（VDDH和VSSH）、+5 V（AVDD和DVDD）、以及+1.8 V至+5 V （VIO）。ADAS3022無需使用標(biāo)準(zhǔn)解決方案中的信號(hào)緩沖、電平轉(zhuǎn)換、放大、噪聲抑制以及其它模擬信號(hào)調(diào)理，簡化了精密16位、1 MSPS DAS的設(shè)計(jì)難題。此外，ADAS3022以更高的數(shù)據(jù)速率、更小的尺寸、更快的產(chǎn)品上市時(shí)間、以及更低的價(jià)格，提供更佳的時(shí)序和噪聲性能。

　　ADAS3022部集成PGIA，可設(shè)置增益為0.16、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2和6.4，并且它能夠處理的全差分輸入范圍分別為±24.576 V、±20.48 V、±10.24 V、±5.12 V、±2.56 V、±1.28 V和±0.64 V。輸入范圍參考內(nèi)部4.096 V基準(zhǔn)電壓源。相對(duì)于COM引腳上的輸入電壓，它可測量偽差分、單極性和雙極性的輸入范圍。圖1所示電路中，外部基準(zhǔn)電壓由4.096 V ADR434提供。ADR434具有高精度、低功耗（工作電流為800 A）、低噪聲、±0.12%最大初始誤差以及出色的溫度穩(wěn)定性等特性。無論在具有高帶寬要求的電池供電系統(tǒng)中，還是元件密度高且要求較低功耗的高速系統(tǒng)中，用于緩沖外部基準(zhǔn)電壓的AD8032低功耗運(yùn)算放大器都是理想的選擇。ADAS3022數(shù)字接口由異步輸入（CNV、RESET、PD和BUSY）以及兼容SPI、FPGA或DSP用于回讀轉(zhuǎn)換結(jié)果回讀和編程配置寄存器的4線式串行接口（CS、SDO、SCK和DIN）組成。