采用ADAS3023同步采樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路—電路精選（43） - 全文

ADAS3023是一款完整的16位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該器件能夠以高達500 kSPS的速率同時對雙通道進行采樣、以250 kSPS的速率同時對四通道進行采樣、以167 kSPS的速率同時對六通道進行采樣，以及以125 kSPS的速率同時對八通道進行采樣；采用ADI專利的iCMOS?高壓工業(yè)工藝技術制造，ADP1613用于低成本SEPIC-uk拓撲，是ADAS3023在外部5 V電源供電情況下，為其提供20 mA時所需±15 V高壓穩(wěn)定電源以及最大值為3 mV的低輸出紋波的理想選擇。ADP1613盡可能地減少了外部元器件數(shù)目，并且具有超過86%的效率，因此它能滿足ADAS3023的規(guī)格要求。集成8通道、低泄漏、采樣保持、可編程增益儀表放大器級，具有高共模抑制特性，提供4個差分輸入范圍、一個精密低漂移4.096 V基準電壓源和緩沖器，以及一個16位電荷再分配逐次逼近型寄存器模數(shù)轉(zhuǎn)換器。使用±15 V電源時，ADAS3023能解析的差分輸入范圍高達±20.48 V，ADAS3023在各通道輸入與公共參考之間使用差分輸入結(jié)構(gòu)，所有通道同時采樣。顯示了這些輸入的等效電路。二極管為模擬輸入和COM提供針對高壓電源的ESD保護。應確保模擬輸入信號不超過供電軌0.3 V以上，否則會造成二極管正偏，并開始傳導電流。超出絕對最大額定值的電壓可能導致ADAS3023永久性損壞。

電路原理

采集系統(tǒng)電路設計

ADP1613用于低成本SEPIC-uk拓撲，是ADAS3023在外部5 V電源供電情況下，為其提供20 mA時所需±15 V高壓穩(wěn)定電源以及最大值為3 mV的低輸出紋波的理想選擇。ADP1613盡可能地減少了外部元器件數(shù)目，并且具有超過86%的效率，因此它能滿足ADAS3023的規(guī)格要求。如圖為采集系統(tǒng)電路設計。

等效模擬輸入電路設計

在各通道輸入（IN0至IN7）與公共參考（COM）之間使用差分輸入結(jié)構(gòu)，所有通道同時采樣。圖39顯示了這些輸入的等效電路。二極管為模擬輸入（IN0至IN7）和COM提供針對高壓電源（VDDH和VSSH）的ESD保護。應確保模擬輸入信號不超過供電軌0.3 V以上，否則會造成二極管正偏，并開始傳導電流。超出絕對最大額定值的電壓可能導致ADAS3023永久性損壞。

內(nèi)部基準電壓源設計

精確的內(nèi)部基準電壓源經(jīng)過工廠調(diào)整，適合大部分應用。將CFG寄存器中的REFEN位置1（默認值）則使能內(nèi)部基準電壓源，并可在REF1和REF2引腳上產(chǎn)生4.096 V電壓；該輸出電壓用作主要的系統(tǒng)基準電壓。未經(jīng)緩沖的2.5 V（典型值）帶隙基準電壓輸出至REFIN引腳，需采用外部10 μF和0.1 μF電容的并聯(lián)組合以降低輸出端噪聲。REFIN的電流輸出有限，如果后接一個適當?shù)木彌_器，如AD8031等，則它可以用作一個源。由于內(nèi)部放大器使用固定增益，REFIN輸出的負載過高會降低4.096 V系統(tǒng)的基準電壓。內(nèi)部基準電壓輸出經(jīng)過調(diào)整后達到預期的4.096 V，初始精度為±8 mV?；鶞孰妷哼€經(jīng)過溫度補償，典型溫漂為±5 ppm/°C。使用內(nèi)部基準電壓源時，ADAS3023應按照圖42所示進行去耦。REF1和REF2連接均短接在一起，并利用REFIN輸出和RCAP內(nèi)部調(diào)節(jié)電源上的適當去耦電容去耦。

外部基準電壓源和內(nèi)部緩沖器設計

當采用通用系統(tǒng)基準電壓源，或者要求具有更佳的漂移性能時，則需使用外部基準電壓源和內(nèi)部緩沖器。將REFEN位設置為0便可禁用內(nèi)部帶隙基準電壓源，允許用戶向REFIN引腳提供外部基準電壓（典型值為2.5 V）。內(nèi)部緩沖器保持使能狀態(tài)，因此無需使用外部緩沖器放大器，即可產(chǎn)生主要的系統(tǒng)基準電壓。當REFIN = 2.5 V且REF1、REF2輸出4.096 V時，這將是系統(tǒng)的主要基準電壓。就本配置而言，如圖43所示連接外部基準電壓源。由于內(nèi)部緩沖器可處理ADAS3023基準電壓要求的動態(tài)變化，因此任何2.5 V的基準電壓均可用于此配置。

外部基準電壓源設計

對于需要精確、低漂移、4.096 V基準電壓的應用，可以使用外部基準電壓源。在這種模式下，禁用內(nèi)部緩沖器需要將REFEN置位為0，并將REFIN驅(qū)動或連接至AGND，因此需要硬件和軟件兩種控制。若僅驅(qū)動REF1和REF2引腳但卻沒有禁用內(nèi)部緩沖器，則會導致驅(qū)動放大器的輸出端發(fā)生源電流/吸電流沖突。將4.096 V精密基準電壓源直接連到REF1和REF2，以作為系統(tǒng)的主基準電壓（參見圖44）；推薦兩種基準電壓源ADR434或ADR444。若使用運算放大器作為外部基準電壓源，則在驅(qū)動容性負載方面需多加留意。

內(nèi)核電源設計

AVDD和DVDD引腳分別為ADAS3023的模擬和數(shù)字內(nèi)核供電。這些電源需要足夠的去耦，每個電源上至少包括一個10 F電容和100 nF電容。100 nF電容應盡可能靠近ADAS3023。為了減少所需電源的數(shù)量，DVDD可以通過一個簡單的RC濾波器（連接在AV D D與DVDD之間）從模擬電源供電。

編者結(jié)語

ADAS3023通過消除信號緩沖、電平轉(zhuǎn)換、放大/衰減、共模抑制、建立時間簡化了設計挑戰(zhàn)，也避免了其他模擬信號調(diào)理挑戰(zhàn)，同時實現(xiàn)更小的尺寸、更短的上市時間和更低的成本。可編程增益ADAS3023集成一個可編程增益儀表放大器（PGIA），它具有四個可選范圍。PGIA設置由一個輸入引腳和COM引腳上的最大絕對差分輸入電壓確定。上電與默認條件預設為±20.48 V （PGIA = 11）輸入范圍。由于ADAS3023能夠采用任何輸入類型，比如雙極性單端或偽雙極性等，因此必須設置PGIA以充分利用器件允許的輸入范圍。您覺得這一款完整的16位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能如何，在未來電子設計中還有什么需要改進的地方？