ADC在數據采集系統中的研究及應用

輸入濾波電路的要求

輸入濾波器件采用差分輸入結構，通常不需要輸入緩沖放大器。如MAX11046系列產(chǎn)品具有極高的輸入阻抗，可以直接與低阻傳感器連接。例如，CT和PT測量變壓器阻抗相對較低(10Ω~50Ω)，因此，可以直接通過(guò)簡(jiǎn)單的低通濾波器連接到MAX11046輸入級，如圖3所示。

圖3 MAX11046系列器件輸入電路

為了保持DAS的精度，選擇正確的RSOURCE和CEXTERNAL非常關(guān)鍵。RSOURCE電阻必須為金屬膜電阻，精度為1%或更高精度，還應具有較低的溫度系數。建議選擇一些知名廠(chǎng)商如ROHM或Vishay提供的組件。

為了達到最佳效果，CEXTERNAL電容應選擇陶瓷電容。這些電容能夠在較寬的溫度和電壓范圍內保持其標稱(chēng)值，Kemet或Samsung等公司可提供這類(lèi)高性?xún)r(jià)比的SMT器件。

ADC基準選擇

ADC基準的選擇對于整個(gè)DAS的性能非常重要，并且與ADC的分辨率和精度要求密切相關(guān)。在整個(gè)溫度范圍內保持合理的溫漂和初始精度非常關(guān)鍵。以MAX11046為例，1 LSB=62.5µV。MAX11046內部基準的溫漂為±10ppm/℃。在50℃整個(gè)溫度范圍內，基準漂移可達±500ppm或±2.048mV(±33LSB)。在對溫漂要求比較嚴格的應用中，最好使用外部低溫漂基準，如MAX6341(1ppm/℃)。使用外部基準時(shí)，MAX11046的基準輸入電流僅為±10µA。串聯(lián)型基準的輸出電流可達10mA，因此，單個(gè)基準器件可以為多個(gè)高性能ADC提供參考，從而消除不同器件之間的基準差異。

PCB設計和布板考慮

采用低通濾波器進(jìn)行噪聲抑制

在任何時(shí)候電力線(xiàn)上都會(huì )存在相當客觀(guān)的噪聲/干擾。噪聲主要來(lái)自線(xiàn)纜/傳輸系統，是電容/電感將外部噪聲源耦合到了電力線(xiàn)上。噪聲和干擾還與電力線(xiàn)的動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。如圖1所示，每個(gè)CT和PT隔離/測量變壓器的工作頻率為50Hz/60Hz。實(shí)際上，這些變壓器具有很寬(100kHz)的帶寬，僅對100kHz或更高頻率的信號提供衰減/濾波。

另外一個(gè)重要的噪聲/干擾源來(lái)自PCB上DAS系統的電子組件。這些組件包括CPU和電源子系統，特別是在使用開(kāi)關(guān)電源的情況下。這意味著(zhù)ADC的每個(gè)輸入通道都需要一個(gè)抗混疊濾波器和噪聲抑制低通濾波器。濾波組件應該盡可能靠近ADC輸入放置。

利用接地和屏蔽措施保持信號完整性

從連接器到ADC輸入承載信號的PCB引線(xiàn)會(huì )受噪聲、干擾以及通道間串擾的影響，對這些模擬信號線(xiàn)采取特殊的接地和信號屏蔽措施將直接影響輸入信號的完整性。圖4給出了一個(gè)保護模擬信號的PCB布線(xiàn)示例。

圖4 從連接器到MAX11046模擬輸入的路徑

注意，MAX11046具有極高的通道間隔離度，為了獲得高隔離度，采用了共面微帶線(xiàn)結構。

PCB布線(xiàn)通用規則

在多通道、同時(shí)采樣DAS應用中，為了獲得最佳性能，需要遵循幾項重要的PCB布線(xiàn)規則：

• 使用有地層的PCB板。

• 確保模擬、數字線(xiàn)路相互分離。

• 不要將數字信號線(xiàn)和模擬信號線(xiàn)并行布線(xiàn)。

• 避免在A(yíng)DC封裝的下方鋪設數字信號線(xiàn)。

• 采用獨立的地層，數字信號分布在一側，模擬信號分布在另一側。

• 保持電源的地回路具有較低阻抗并保持盡可能短的引線(xiàn)，以便達到無(wú)噪聲工作。