使用AD7768/AD7768-4實(shí)現(xiàn)模塊化數(shù)據(jù)采集 (DAQ) 封裝

模擬輸入/輸出模塊設(shè)計(jì)的共同趨勢(shì)是以更小的尺寸因數(shù)實(shí)現(xiàn)更大的通道數(shù)。該趨勢(shì)由通過增加儀器儀表 (PXI) 卡槽的單個(gè)模塊或PCI擴(kuò)展可實(shí)現(xiàn)的測(cè)量值數(shù)以減少成本和測(cè)試時(shí)間的需求所驅(qū)動(dòng)。通道密度的增加導(dǎo)致更多的熱消耗，這是模塊化應(yīng)用中設(shè)計(jì)師面臨的共同問題。要使設(shè)計(jì)滿足高密度數(shù)據(jù)采集模塊的熱預(yù)算要求，客戶必須考慮速度、帶寬和性能的權(quán)衡。

AD7768/AD7768-4 為8通道和4通道24位同步采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。通過可選的功耗模式和數(shù)字濾波器選項(xiàng)可重新配置AD7768/AD7768-4以適應(yīng)多種應(yīng)用，如工業(yè)輸入/輸出模塊、儀器儀表、音頻測(cè)試、控制回路和狀態(tài)監(jiān)控。

必須使用外部驅(qū)動(dòng)放大器驅(qū)動(dòng)到AD7768/AD7768-4的輸入。模擬前端的驅(qū)動(dòng)要求隨著前端采樣速率的不同而變化。AD7768/AD7768-4上的可選預(yù)充電緩沖區(qū)可減少前端驅(qū)動(dòng)放大器上的負(fù)擔(dān)，使低功耗放大器驅(qū)動(dòng)具有高采樣速率的模擬輸入。

本應(yīng)用筆記概述了如何在子系統(tǒng)功率水平低至每通道19.5 mW的情況下實(shí)現(xiàn)?126.6 dB的總諧波失真 (THD)。該應(yīng)用筆記還比較了在有無預(yù)充電緩沖區(qū)幫助時(shí)的高性能驅(qū)動(dòng)放大器和低功耗放大器的組合。為了公平有效地進(jìn)行比較，基于在特定功耗模式下驅(qū)動(dòng)AD7768/AD7768-4的適用性來選擇這些放大器。例如，選擇用于在快速功耗模式下驅(qū)動(dòng)AD7768/AD7768-4的高帶寬放大器在中速或低速功耗模式下可以同樣良好地工作，但可能比正常情況消耗更多的功率，具體取決于使用的系統(tǒng)。本應(yīng)用筆記中評(píng)估的驅(qū)動(dòng)放大器和功耗模式的適當(dāng)組合可使設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出在特定的熱或功率約束帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)最高性能的單個(gè)DAQ平臺(tái)。此外，本文還論述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)師遇到的一些權(quán)衡。

電路描述

AD7768/AD7768-4的放大器測(cè)試使用 EVALAD7768FMCZ評(píng)估平臺(tái)、 EVAL-AD7768-4FMCZ,評(píng)估平臺(tái)和多個(gè)放大器夾層卡 (AMC) 執(zhí)行。"放大器配置"部分列出了位于各AMC上的放大器。EVAL-AD7768FMCZ 和EVAL-AD7768-4FMCZ評(píng)估平臺(tái)原理圖（分別在www.analog.com/eval-ad7768和www.analog.com/eval-ad7768-4提供）可配置為使用AMC（僅在一個(gè)通道上）作為驅(qū)動(dòng)放大器輸入。多詳細(xì)信息，請(qǐng)參見EVAL-AD7768FMCZ和EVAL-AD7768-4FMCZ。可用的AMC上裝有多個(gè)放大器，專門設(shè)計(jì)與ADI公司的ADC一起使用。EVALSDP-H1連接至EVAL-AD7768FMCZ和EVAL-AD7768-4FMCZ 評(píng)估平臺(tái)以與評(píng)估軟件（隨評(píng)估硬件一起提供）連接。使用精密音頻源進(jìn)行交流分析。

確定使用以下選擇用于測(cè)試的放大器來補(bǔ)充AD7768/AD7768-4上的各個(gè)不同功耗模式：

在低速功耗模式下： ADA4805-2、ADA4841-2、 ADA4945-1 和 ADA4940-1。

在中速模式下： ADA4805-2、ADA4807-2、ADA4940-1 和 ADA4945-1。

在快速功耗模式下： ADA4807-2、ADA4896-2、ADA4899-1、 ADA4940-1 和 ADA4945-1。

表1所示為所選放大器的性能和功率規(guī)格，其中一些放大器可采用不同的封裝尺寸和選項(xiàng)。

單個(gè)通道的總功率。

選擇功耗模式

AD7768/AD7768-4具有三種可選的功耗模式：低速、中速和快速。這些功耗模式可為AD7768/AD7768-4選擇工作點(diǎn)，以便在維持相同動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí)可以選擇最優(yōu)的帶寬和功耗。

所選功耗模式可與主時(shí)鐘分頻器 (MCLK_DIV) 一起使用以正確設(shè)置該工作點(diǎn)。MCLK_DIV將決定調(diào)制器運(yùn)行的頻率，然后可抽取調(diào)制器輸出以給出最終輸出數(shù)據(jù)速率 (ODR)。推薦的調(diào)制器頻率 (fMOD) 范圍如表2所示。

表3所示為各功耗模式的功耗，施加了32.768 MHz的主時(shí)鐘，模擬輸入預(yù)充電緩沖區(qū)開啟，采用額定電源，使用寬帶濾波器，抽取率為32。從表3可以看出，功耗隨著速度和帶寬的不同而變化。

模擬輸入結(jié)構(gòu)

圖2所示為AD7768/AD7768-4的模擬輸入結(jié)構(gòu)?？梢曰诟魍ǖ朗鼓苣M輸入預(yù)充電緩沖區(qū)。使能后，模擬輸入預(yù)充電緩沖區(qū)將在初始采樣周期為采樣電容充電，其提供穩(wěn)定采樣電容所需的大部分電流。剩余的充電由外部放大器驅(qū)動(dòng)，該充電將實(shí)現(xiàn)采樣電容的最終精細(xì)穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)精確的結(jié)果。

在最快的采樣速率下，對(duì)于5 V輸入，預(yù)充電緩沖區(qū)可將來自放大器的輸入電流從320 μA減少至約25 μA。有關(guān)AD7768/AD7768-4模擬輸入結(jié)構(gòu)的更多信息，請(qǐng)參見AD7768/AD7768-4數(shù)據(jù)手冊(cè)。

圖3所示為ADA4807-2 AMC連接至AD7768/AD7768-4評(píng)估板。

測(cè)試方法

AD7768/AD7768-4具有用于該放大器測(cè)試的寬帶數(shù)字濾波器。寬帶濾波器具有截止頻率為0.433 × ODR的磚墻式濾波器響應(yīng)?！?.005 dB的出色通帶波動(dòng)可實(shí)現(xiàn)出色的頻域測(cè)量，從而確定驅(qū)動(dòng)放大器性能和輸入頻率的關(guān)系。Sinc5數(shù)字濾波器具有0.2 × ODR的帶寬和3 dB的動(dòng)態(tài)范圍改善，但在這些比較測(cè)試中不進(jìn)行考慮。

放大器輸出和ADC輸入之間具有電阻/電容 (RC) 網(wǎng)絡(luò)。圖4所示為用于AD7768/AD7768-4的大多數(shù)放大器配對(duì)的典型RC網(wǎng)絡(luò)。RC網(wǎng)絡(luò)可執(zhí)行多種任務(wù)。C1和C2是ADC的電荷存儲(chǔ)器，為ADC提供到采樣電容的快速充電電流。

電容C3可消除AINx+和AINx?輸入之間的共模誤差。這些電容與RIN一起組成了低通濾波器，濾除與輸入開關(guān)相關(guān)的毛刺。輸入電阻還可在驅(qū)動(dòng)大電容負(fù)載時(shí)穩(wěn)定放大器，防止放大器振蕩。

圖4. RC網(wǎng)絡(luò)典型輸入結(jié)構(gòu)

審核編輯：郭婷