CN0269 18位、1.33 MSPS、16通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

CN0269 18位AD7984采用10引腳MSOP或10引腳QFN (LFCSP)封裝。有很多其他的PulSAR ADC產(chǎn)品也采用這種封，辨率為14/16/18位，并提供各種采樣速率。 緩沖放大器的另一種選擇是? ADG12xx 。如果需要可編程增益，則AD8250、AD8251和AD8253的0.001%建立時(shí)間為685 ns。如果要求具有更低的電容，則可以使用ADG12xx系列多路復(fù)用器。 本電路使用??EVAL-CN0269-SDPZ 電路板和 EVAL-SDP-CB1Z SDP-B系統(tǒng)演示平臺(tái)控制器板。這兩片板具有120 引腳的對(duì)接連接器，可以快速完成設(shè)置并評(píng)估電路性能。EVA L-CN0269-SDPZ板包含要評(píng)估的電路，如本筆記所述。SDP-B控制器板與CN-0269評(píng)估軟件一起使用，可從EVA L-CN0269-SDPZ電路板獲取數(shù)據(jù)。 設(shè)備要求 需要以下設(shè)備： 帶USB端口的Windows? XP(32位)、Windows Vista?或Windows 7 PC EVAL-CN0269-SDPZ 電路板 EVAL-SDP-CB1Z SDP-B 控制器板 E VA L-CN0269-SDPZ評(píng)估軟件 6 V直流(500 mA)、±12 V(300 mA)電源 低失真信號(hào)發(fā)生器，提供±10 V輸出，頻率為直流至1 MHz 開始使用 將CN-0269評(píng)估軟件光盤放進(jìn)PC的光盤驅(qū)動(dòng)器，加載評(píng)估軟件。打開 我的電腦找到包含評(píng)估軟件的驅(qū)動(dòng)器。 功能框圖 完整的電路原理圖見EVAL-CN0269-SDPZ-SCH-RevX.pdf文件。此文件位于CN-0269設(shè)計(jì)支持包中：圖24顯示測(cè)試設(shè)置的功能框圖。 ? 圖24. 測(cè)試設(shè)置框圖 ? 設(shè)置 將EVAL-CN0269-SDPZ電路板上的120引腳連接器連接到EVAL-SDP-CB1Z控制器板(SDP-B)上的 CON A 連接。 在斷電情況下，將一個(gè)6 V和±12 V直流電源連接到板上標(biāo)有+6 V、±12 V和GND的引腳CN1、CN2。如果有6 V壁式電源適配器，可將其連接到板上的管式連接器，代替6 V電源。SDP-B板附帶的USB電纜連接到PC上的USB端口。此時(shí)請(qǐng)勿將該USB電纜連接到SDP-B板上的微型USB連接器。同時(shí)接通6 V和±12 V電源，然后將USB電纜連接到微型USB連接器。 測(cè)試 開啟6 V和±12 V電源后，啟動(dòng)評(píng)估軟件程序。一旦建立USB通信，就可以使用SDP-B板來發(fā)送、接收、捕捉來自E VA L-CN0269-SDPZ板的串行數(shù)據(jù)，并在時(shí)域和頻域下進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以便評(píng)估整個(gè)電路的性能。 圖25顯示EVAL-CN0269-SDPZ評(píng)估板連接后的照片。有關(guān)SDP-B板的信息，請(qǐng)參閱 SDP-B用戶指南。 有關(guān)測(cè)試設(shè)置、校準(zhǔn)以及如何使用評(píng)估軟件來捕捉數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱CN-0269 軟件用戶指南。 ? 圖25. EVAL-CN0269-SDPZ評(píng)估板 ? 針對(duì)原型開發(fā)的連接 EVAL-CN0269-SDPZ評(píng)估板設(shè)計(jì)為通過SPORT端口，與基于Black-Fin DSP的EVAL-SDP-CB1ZSDP-B板共同評(píng)估；但是，任何微處理器都可通過14引腳PMOD連接器連接AD7984的串行端口。為使另一個(gè)控制器能與EVAL-CN0269-SDPZ評(píng)估板一同使用，第三方必須開發(fā)相應(yīng)的軟件。 目前已有一些轉(zhuǎn)接板能實(shí)現(xiàn)與Altera或Xilinx現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGAs)的接口。利用Nios驅(qū)動(dòng)器，Altera的BeMicro SDK板能配合BeMicro SDK/SDP轉(zhuǎn)接板一同使用。任何集成FMC連接器的Xilinx評(píng)估板均可與FMC-SDP轉(zhuǎn)接板一同使用。 圖1中的電路是一款經(jīng)典的多通道異步數(shù)據(jù)采集信號(hào)鏈，由多路復(fù)用器、放大器和ADC組成。 該架構(gòu)允許使用單個(gè)ADC對(duì)多通道進(jìn)行快速采樣，具有低成本和出色的通道間匹配性能。 通道間切換速度受限于信號(hào)鏈上多路復(fù)用器之后的多個(gè)元件建立時(shí)間，因?yàn)槎嗦窂?fù)用器會(huì)對(duì)下游放大器和ADC產(chǎn)生滿量程步進(jìn)電壓輸出。該電路的元件經(jīng)過精心挑選，最大程度降低建立時(shí)間，提升通道間切換速度。 器件選擇 ADG5208 多路復(fù)用器根據(jù)3位二進(jìn)制地址線所確定的地址，將8路輸入之一切換至公共輸出。ADG5236內(nèi)置兩個(gè)獨(dú)立可選的單刀雙擲(SPDT)開關(guān)。兩個(gè)ADG5208開關(guān)與一個(gè)ADG5236結(jié)合，允許16路單端通道或8路真差分通道過4位數(shù)字控制信號(hào)連接信號(hào)鏈的其余部分。 4位數(shù)字信號(hào)由4位二進(jìn)制增/減計(jì)數(shù)器產(chǎn)生，計(jì)數(shù)器的觸發(fā)信號(hào)與18位、1.33 MSPS AD7984 ADC的轉(zhuǎn)換(CNV)輸入是同一個(gè)信號(hào)。 AD8065 JFET 輸入運(yùn)算放大器帶寬為145 MHz，配置為單位增益緩沖器，可提供出色的建立時(shí)間性能和極高的輸入阻抗。AD8065還提供極低的阻抗輸出，驅(qū)動(dòng)AD8475漏斗放大器的衰減級(jí)。 全差分信號(hào)鏈具有以下優(yōu)勢(shì)：良好的共模抑制性能和更少的二階失真產(chǎn)物。為了利用現(xiàn)代低壓差分輸入ADC處理±10 V工業(yè)電平信號(hào)，有必要使用衰減和電平轉(zhuǎn)換級(jí)。 AD8475是一款全差分衰減(漏斗)放大器，集成精密增益電阻，提供0.4倍或0.8倍的精密衰減、共模電平轉(zhuǎn)換和單端至差分轉(zhuǎn)換，以及輸入過壓保護(hù)等功能。快速建立時(shí)間(0.001%建立時(shí)間為50 ns)以及低噪聲性能(10 nV/√Hz)使得AD8475非常適合用來驅(qū)動(dòng)采樣速率最高為4 MSPS的18位差分輸入ADC。 本電路選取了AD7984——一款18位PulSAR? ADC，對(duì)單通道進(jìn)行采樣時(shí)，該器件能以1.33 MSPS的速率提供18位分辨率。但是，順序切換通道時(shí)，信號(hào)鏈上各種元件的建立時(shí)間限制了整體精度。例如，以250 kHz速率進(jìn)行通道間切換時(shí)，具有16位性能。 For a detailed timing and noise analysis of the circuit, please refer to the CN0269 PDF.? 測(cè)試結(jié)果直方圖 圖16顯示10,000個(gè)樣本的測(cè)試結(jié)果直方圖。測(cè)試時(shí)，將16路單端通道短接在一起，并與PCB的GND相連。注意，峰峰值噪聲約為12 LSB，包括輸入緩沖器。 圖16. 0 V輸入下的直流直方圖(采樣速率：1 MSPS，樣本數(shù)：10,000) ? 交流測(cè)試結(jié)果 在系統(tǒng)級(jí)執(zhí)行交流性能測(cè)試，AD7984采樣速率為300 kSPS，由1051 B&K型正弦發(fā)生器提供2.5 V峰峰值、10.675 kHz的輸入正弦波信號(hào)。電路在通道4上連續(xù)采樣，不包括輸入緩沖器的效應(yīng)。FFT顯示SNR = 91.33 dBFS。 圖17. Kaiser窗口(參數(shù) = 20)、2.5 V p-p、10.675 kHz輸入、300 kSPS采樣速率下通道4的FFT(無輸入緩沖器) ? 開關(guān)速度和建立時(shí)間測(cè)試結(jié)果 下圖顯示建立時(shí)間性能。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)置如圖18所示。 圖18. 開關(guān)速度和建立時(shí)間的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)置 ? CN-0269評(píng)估板配置為16通道單端輸入模式，8個(gè)奇數(shù)通道短接在一起，8個(gè)偶數(shù)通道短接在一起。 一組電池用于產(chǎn)生不同的直流輸入電壓，實(shí)現(xiàn)低噪聲和低阻抗性能。 奇數(shù)和偶數(shù)通道連接至不同的電壓。LabVIEWTM軟件控制EVAL-SDP-CB1Z間參數(shù)，并在輸入通道間連續(xù)切換。開關(guān)速率范圍為100 Hz至1 MHz，以1 kHz為增量。每種開關(guān)速率下獲取10個(gè)樣本，并對(duì)結(jié)果求均值。開關(guān)速率最低的平均值用作參照點(diǎn)。對(duì)10個(gè)樣本和參照值求差值，即可計(jì)算每種開關(guān)速率下的誤差。測(cè)試結(jié)果如圖19和圖23所示。 圖中，2 LSB誤差對(duì)應(yīng)于17位建立時(shí)間，而4 LSB誤差對(duì)應(yīng)于16位建立時(shí)間。 圖19. 16通道單端、14 V階躍下的誤差與開關(guān)速率的關(guān)系(無前置緩沖器) ? 圖20. 8通道差分模式、14 V階躍下的誤差與開關(guān)速率的關(guān)系(無輸入緩沖器) ? 圖21. 16通道單端模式、14 V階躍下的誤差與開關(guān)速率的關(guān)系(無輸入緩沖器) ? 圖22. 8通道差分模式、14 V階躍下的誤差與開關(guān)速率的關(guān)系(有前置緩沖器) ? 圖23. 8通道差分模式、2 V階躍下的誤差與開關(guān)速率的關(guān)系(有輸入緩沖器) ? 如上圖所示，可以看出，在低于1 MHz的開關(guān)速率下，帶有輸入緩沖器的電路比不帶前置緩沖器的電路具有更佳的建立時(shí)間性能。 圖21、圖22和圖23顯示連接輸入緩沖器后，電路以高于250 kHz的通道間開關(guān)速率建立至16位的情況。 CN0269 18位、1.33 MSPS、16通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 圖1顯示的是高性能工業(yè)信號(hào)電平多通道數(shù)據(jù)采集電路，已針對(duì)快速通道間切換進(jìn)行了優(yōu)化。該電路能以最高18位分辨率處理16通道單端輸入或8通道差分輸入。 單通道采樣速率高達(dá)1.33 MSPS，分辨率為18位。所有輸入通道的通道間切換速率為250 kHz，具有16位性能。 信號(hào)處理電路與簡(jiǎn)單的4位增/減二進(jìn)制計(jì)數(shù)器結(jié)合，提供無需FPGA、CPLD或高速處理器即可實(shí)現(xiàn)通道間切換的簡(jiǎn)單、高性價(jià)比方案?？删幊淘O(shè)置計(jì)數(shù)器，使其遞增或遞減計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)順序采樣多個(gè)通道；也可加載固定的二進(jìn)制字，用于單通道采樣。 本電路是多通道數(shù)據(jù)采集卡的理想解決方案，可用于多種工業(yè)應(yīng)用，包括過程控制和電力線監(jiān)控。 圖1. 多通道數(shù)據(jù)采集電路原理示意圖：未顯示所有元件、連接和去耦 ? CN0269 CN0269 | circuit note and reference circuit info 18位、1.33 MSPS、16通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) | Analog Devices 圖1顯示的是高性能工業(yè)信號(hào)電平多通道數(shù)據(jù)采集電路，已針對(duì)快速通道間切換進(jìn)行了優(yōu)化。該電路能以最高18位分辨率處理16通道單端輸入或8通道差分輸入。

單通道采樣速率高達(dá)1.33 MSPS，分辨率為18位。所有輸入通道的通道間切換速率為250 kHz，具有16位性能。

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• 18位、16通道數(shù)據(jù)采集
• 16路單端、8路差分輸入
• 1.33MSPS采樣速率
• 250kHz通道開關(guān)速率

(analog)