為了更精確,更高質(zhì)量,我們采用了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)“組合技”
發(fā)布時(shí)間:2021-02-01 來(lái)源:ADI 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】市場(chǎng)對(duì)工業(yè)應(yīng)用的需求與日俱增,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是其中的關(guān)鍵設(shè)備。它們通常用于檢測(cè)溫度、流量、液位、壓力和其他物理量,隨后將這些物理量對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為高分辨率的數(shù)字信息,再由軟件做進(jìn)一步處理。此類系統(tǒng)對(duì)精度和速度的要求越來(lái)越高,這些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由放大器電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)組成,其性能對(duì)系統(tǒng)具有決定性的影響。
然而,ADC的輸入驅(qū)動(dòng)器也會(huì)影響整體精度,該驅(qū)動(dòng)器用于緩沖和放大輸入信號(hào)。此外,還必須增加偏置信號(hào)或生成全差分信號(hào),以覆蓋ADC的輸入電壓范圍并滿足其共模電壓要求,在此過(guò)程中不得改變?cè)夹盘?hào)。可編程增益儀表放大器(PGIA)通常用作輸入驅(qū)動(dòng)器。在本文中,我們提出了一種輸入驅(qū)動(dòng)器和ADC的組合,通過(guò)這種組合可以實(shí)現(xiàn)非常精確的轉(zhuǎn)換結(jié)果,從而構(gòu)建高質(zhì)量的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
例如,LTC6373就是一款適用于高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的PGIA。除了全差分輸出,它還具有高直流精度、低噪聲、低失真(見(jiàn)圖2)以及4 MHz的高帶寬,增益為1/4~16。ADC可以通過(guò)它直接驅(qū)動(dòng),因此適合許多信號(hào)調(diào)理應(yīng)用。
圖1中的電路顯示了使用LTC6373來(lái)驅(qū)動(dòng)精密ADC的示例,ADC是具有1.8 MSPS的20位分辨率的AD4020。
圖1. 驅(qū)動(dòng)精密ADC的電路示例。
在該電路中,LTC6373在輸入端和輸出端直流耦合,因而不需要使用變壓器來(lái)驅(qū)動(dòng)ADC。增益可通過(guò)引腳A2/A1/A0在0.25 V/V至16 V/V 之間進(jìn)行設(shè)置。在圖1中,LTC6373采用差分輸入至差分輸出配置和±15 V對(duì)稱電源電壓?;蛘撸斎胍部梢允菃味溯斎?,而輸出仍然是差分輸出。
在圖1中,輸出共模電壓通過(guò)VOCM引腳設(shè)置為VREF/2。這樣就可實(shí)現(xiàn)LTC6373的輸出電平轉(zhuǎn)換。LTC6373的每個(gè)輸出在0 V至VREF之間變化,因此在ADC輸入端有一個(gè)2× VREF幅度的差分信號(hào)。LTC6373的輸出端和ADC輸入端之間的RC網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)單極點(diǎn)低通濾波器,它可降低在ADC輸入端切換電容時(shí)產(chǎn)生的電流毛刺。同時(shí),低通濾波器限制了寬帶噪聲。
圖2. 使用LTC6373驅(qū)動(dòng)AD4020的SNR(左)和THD(右)性能。
圖2顯示LTC6373的信噪比(SNR)和總諧波失真(THD),其在整個(gè)輸入電壓范圍(10 V p-p)內(nèi)驅(qū)動(dòng)AD4020 SAR ADC(高阻態(tài)模式)。在吞吐量為1.8 MSPS,濾波器電阻(RFILTER)為442 Ω時(shí)可獲得比較滿意的效果。在1 MSPS或0.6 MSPS時(shí),制造商建議RFILTER為887 Ω。
LTC6373可驅(qū)動(dòng)大多數(shù)具有差分輸入的SAR ADC,不需要另外增加 ADC驅(qū)動(dòng)器。但是,在某些應(yīng)用中,在LTC6373和精密ADC之間可以使用單獨(dú)的ADC驅(qū)動(dòng)器來(lái)進(jìn)一步提高信號(hào)鏈的線性度。
結(jié)論
圖1中所示的電路針對(duì)快速、高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。因此,LTC6373的出色特性有助于對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理。借助在線工具ADI Precision Studio,特別是其中包含的ADC驅(qū)動(dòng)器工具,ADI公司可以為此類放大級(jí)、濾波器和線性電路設(shè)計(jì)提供更 多支持。
LTC6373
● 可編程增益引腳: G = 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16 V / V + 關(guān)斷
● 全差分輸出
● 增益誤差:0.012%(最大值)
● 增益誤差漂移:1ppm / °C(最大值)
● CMRR:103 dB(最小值),(G = 16)
● 輸入偏置電流:25 pA(最大值)
● 輸入失調(diào)電壓:92 μV(最大值),G = 16
● 輸入失調(diào)電壓漂移:1.7 μV / °C(最大值),G = 16
● –3 dB 帶寬:4 MHz,G = 16
● 輸入噪聲密度:8 nV /√Hz,G = 16
● 壓擺率:12 V /μs,G = 16
● 可調(diào)共模輸出電壓
● 靜態(tài)電源電流:4.4 mA
● 電源電壓范圍:±4.5 V ~ ±18 V
● 額定溫度范圍為 –40 °C ~ 125 °C
● 小型 12 引腳 4mm × 4mm DFN (LFCSP) 封裝
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