工業(yè)數據信號采集的選擇

　　解讀數字增益壓縮

　　傳統的高分辨率 SAR ADC 信號鏈路常常要求 ADC 驅動(dòng)器進(jìn)行單端輸入至差分輸出的轉換，旨在拓展動(dòng)態(tài)范圍。這些 ADC 驅動(dòng)器由一個(gè)正電源和負電源來(lái)供電，其中負電源必需在驅動(dòng)器中維持優(yōu)良的失真性能，這是因為輸出晶體管需要幾十 mV 的電壓以保持高線(xiàn)性度。負電源軌不僅消耗功率，而且其產(chǎn)生以及在整個(gè) PCB 上的布線(xiàn)都很麻煩。面對這些限制條件，具功耗意識的設計一般通過(guò)衰減輸入信號來(lái)免除驅動(dòng)器的負電源。通過(guò)零標度和全標度代碼的延遲，這些設計降低了對 ADC 驅動(dòng)器放大器的輸出擺幅要求。然而，在諸如控制系統等多種應用中，失去在靠近轉移函數邊界的地方生成代碼的能力可能會(huì )帶來(lái)不便，因為該信息可以是很重要并用于檢測超出調節范圍的狀況。

　　圖 3：數字增益壓縮功能

　　為了克服上述的基本限制，LTC2379-18系列配備了一種獨特的數字增益壓縮 (DGC) 功能。當啟用時(shí)，ADC 將執行一種數字定標功能，把零標度代碼從 0V 變換至 0.1 * VREF，并把全標度代碼從 VREF 變換至 0.9 * VREF。對于 5V 的典型基準電壓，輸入范圍將為 0.5V 至 4.5V，這為從單 5V 電源來(lái)給驅動(dòng)放大器供電提供了足夠的空間。如圖 3 所示，DGC 功能允許 ADC 產(chǎn)生包括零標度和全標度在內的所有代碼 (例如：對于一個(gè) 18 位 ADC，共有218 = 262,144 個(gè)代碼)，同時(shí)降低對 ADC 驅動(dòng)器放大器的輸出擺幅要求。

　　圖 4 示出了一個(gè)完整的信號鏈路，借助 LTC2379-18 的 DGC 功能，該鏈路可采用5V 至 12V 單電源以 18 位分辨率和 1.6Msps 采樣速率對一個(gè) ±10V 真正雙極信號進(jìn)行數字化處理。由于免除了負電源，因此大幅度地降低了信號鏈路的總功耗，而輸入擺幅的減小則為大多數 ADC 驅動(dòng)器提供了足夠的空間。另外，它還減少了組件數目并簡(jiǎn)化了設計。此電路在 LTC2379-18 的演示系統 DC1783A 中實(shí)現，并獲得了 99dB SNR 和超過(guò) 100dB THD。即使與最接近的 18 位同類(lèi)競爭產(chǎn)品相比，其性能仍然高出了 2dB。由于免除了驅動(dòng)器放大器的負電源、并能夠保持 ADC 的零標度和全標度代碼輸出，因而提供了一款適合新式工業(yè)控制系統的獨特解決方案。

　　圖 4：LTC2379-18 采用數字增益壓縮功能免除了負電源真正的零功率采樣，低功率耗散：ADC 的總周期包括轉換時(shí)間和采集時(shí)間。因此，建議密切關(guān)注采集階段的功率耗散，在該階段中，采集時(shí)間會(huì )持續幾秒或幾天以等待一個(gè)輸入信號。LTC2379-18 在采集階段中的功率耗散幾乎為零，從而使其成為一款真正的零功耗采樣器件。零功耗采樣以及功率耗散與采樣速率的線(xiàn)性定標使 LTC2379-18 成為一款具有非常低功耗的器件，在 1.6Msps 時(shí)僅為 18mW，而在 250ksps 時(shí)僅為 3.75mW，同時(shí)支持足足 1.6Msps 的操作速率。另外，LTC2379-18 還提供了一種停機模式，可用于長(cháng)時(shí)間的待機狀態(tài)以最大限度地降低功耗。該停機模式可將功耗減少至 18μW。對于要求低功率的應用 (包括那些在每塊電路板上使用多個(gè) ADC 的應用)，LTC2379-18 的低功率耗散特性是理想的。