適用于IEPE傳感器的24位數據采集系統

功耗測量

功耗測量直接從3.3 V和IOREF供電軌進(jìn)行。因此，功耗測量包括電源解決方案元件本身的貢獻。

由于恒流源，流向26 V供電軌的電流是恒定的，不會(huì )隨ADC設置而變化。

系統其余部分的功耗在ADC的不同工作模式下進(jìn)行了測量。信號鏈輸入端放置了一個(gè)1 kΩ負載電阻，以為恒流源流出的電流提供一條路徑，并在A(yíng)D8605的輸入端保持直流偏置。

功耗

ADC上影響功耗的最重要寄存器設置為

●   電源模式

●   MCLK分頻器

●   MCLK頻率

●   濾波器類(lèi)型

●   濾波器抽取率

●   VCM引腳輸出分壓器

●   模擬輸入預充電緩沖器

●   基準電壓緩沖

●   通用輸入/輸出(GPIO)

系統默認配置

對于A(yíng)DC設置，針對窄帶寬測量的系統默認配置如下：

●   MCLK分頻器：MCLK/16

●   功耗模式：低功耗模式

●   FIR濾波器，抽取率超過(guò)32

●   VCM引腳輸出：(AVSS ? AVDD)/2

●   基準電壓(REF)緩沖器：預充電開(kāi)啟

●   模擬輸入(AIN)緩沖器：預充電開(kāi)啟

●   MCLK頻率為16.384 MHz

●   使能FDA，低功耗模式

●   使能DAC緩沖器

●   DAC輸出設置為半量程

該參考設計中包含的大多數測量均使用系統默認配置。

表7 各種數據速率下的功耗

¹FDA處于全功率模式。

²FDA處于低功耗模式。

AD7768-1上的模擬輸入和基準電壓輸入緩沖器設置為預充電模式。ADA4945-1 FDA設置為低功耗模式。在全功率模式下，FDA可以提供更寬的帶寬和更好的線(xiàn)性度性能。但是，由于此設計的目標帶寬小于50 kHz，因此低功耗模式就夠了。通過(guò)使能AD7768-1內部預充電緩沖器，可以實(shí)現更好的線(xiàn)性度和噪聲性能，而不會(huì )顯著(zhù)增加系統功耗。有關(guān)匹配驅動(dòng)器放大器以及使用AD7768系列的輸入緩沖選項的更多信息，參見(jiàn)應用筆記AN-1384。

常見(jiàn)變化

對于更高通道數的系統，多通道AD7768和AD7768-4是AD7768-1的合適替代產(chǎn)品。ADC的噪聲和線(xiàn)性度與AD7768-1相似，但這些器件的優(yōu)勢是可在單個(gè)芯片中提供多達8個(gè)同步通道，從而簡(jiǎn)化多通道IEPE DAQ設計的實(shí)現。

其他可以考慮用于振動(dòng)和狀態(tài)監控信號鏈的ADC有AD4000、AD4002和AD7380。

ADA4610-1適用于第一級信號調理和電平轉換，但需要更高的電源電壓才能正常工作。ADA4807-1和ADA4940-1是ADC輸入抗混疊濾波器和驅動(dòng)器級的替代產(chǎn)品。

ADAQ7980/ADAQ7988是16位ADC μModule?數據采集系統，ADC和ADC驅動(dòng)器級以及最關(guān)鍵的無(wú)源元件均被集成到系統級封裝(SiP)設計中。建議在尺寸或實(shí)現的簡(jiǎn)易性更為關(guān)鍵的場(chǎng)合使用這些器件。

這些方案允許根據性能（噪聲或線(xiàn)性度）、解決方案尺寸和成本來(lái)選擇信號鏈元件。

電路評估與測試

下面概述CN-0540電路設計的測試程序和結果的收集。有關(guān)硬件和軟件設置的完整詳細信息，參見(jiàn)CN-0540用戶(hù)指南。

設備要求

需要以下設備：

●   EVAL-CN0540-ARDZ參考設計板

●   Terasic DE10-Nano FPGA

●   帶有CN-0540參考軟件的FPGA Linux鏡像

●   帶有高清多媒體接口(HDMI?)端口的顯示器

●   HDMI轉HDMI電纜

●   帶有USB加密狗的無(wú)線(xiàn)鍵盤(pán)和鼠標

●   USB on-the-go (OTG)電纜（micro USB轉USB）

●   精密交流電源（例如，Brüel＆Kj?r AP2700或類(lèi)似精密正弦波發(fā)生器）

●   帶BNC和SMA終端的同軸電纜

圖16 CN-0540參考設計板的3D渲染圖

開(kāi)始使用

基本測試設置要求將EVAL-CN0540-ARDZ板插入支持的FGPA載板。載板需要為EVAL-CN0540-ARDZ板供電、運行嵌入式Linux鏡像、捕獲數據并顯示數據。該軟件可從ADI公司網(wǎng)站獲得，其支持Terasic DE10-Nano和類(lèi)似的Arduino兼容FPGA載板。

圖17 設置框圖

要測試該板的基本功能，請將精密高質(zhì)量正弦波或任意波形發(fā)生器連接到EVAL-CN0540-ARDZ板的模擬輸入連接器。

分步說(shuō)明如下：

1.插入Arduino接頭，將EVAL-CN0540-ARDZ評估板安裝到載板上(Terasic DE10-Nano)，如圖18所示。

圖18 EVAL-CN0540-ARDZ安裝在Terasic DE10-Nano載板上

2.將同軸電纜的BNC端連接到信號源單端或不平衡輸出，另一端連接到EVAL-CN0540-ARDZ模擬輸入SMA連接器（參見(jiàn)圖19）。

圖19 同軸電纜連接到CN-0540模擬輸入連接器的特寫(xiě)照片

3.將ADI FPGA Linux鏡像加載到micro SD卡上。

4.配置micro SD卡以對CN-0540和載板使用正確的文件。

5.將HDMI電纜從Terasic DE10-Nano連接到顯示器。

6.將USB OTG電纜連接到Terasic DE10-Nano上的micro USB端口，然后插入無(wú)線(xiàn)鼠標/鍵盤(pán)的USB加密狗。

7.使用所提供的電源，將管式插孔連接到DE10-Nano，然后接通Terasic DE10-Nano電源開(kāi)關(guān)。

8.按照如下步驟開(kāi)啟正弦或任意波形發(fā)生器的電源：

a.將信號類(lèi)型設置為正弦波。

b.在1 kHz下將電平設置為1 V p-p。

c.使能輸出。

9.運行該軟件并捕獲生成的ADC數據和FFT數據。

圖20和圖21中的兩幅圖顯示了按照步驟1至步驟9所述進(jìn)行配置時(shí)載卡的預期典型捕獲結果。圖20顯示了ADC捕獲數據的時(shí)域視圖，說(shuō)明了多個(gè)樣本的預期幅度。

圖20 時(shí)域數據

圖21顯示了經(jīng)過(guò)處理后顯示為頻域FFT圖的相同數據。

圖21 所捕獲數據的FFT

有關(guān)硬件和軟件設置的更多信息，請參閱CN-0540用戶(hù)指南以了解詳情。

壓電加速度計傳感器結果

為了實(shí)現合理的噪聲測量，必須讓壓電加速度計保持穩定——要么使用主動(dòng)振動(dòng)臺來(lái)抵消環(huán)境振動(dòng)，要么將其固定在大型物體上以減少從環(huán)境中拾取的振動(dòng)。在壓電加速度計直接連到信號鏈輸入端的場(chǎng)合，使用了固定到大型物體的方法。所用傳感器為Piezotronics PCB 333B52型3 kHz傳感器。

圖22顯示了連接傳感器時(shí)獲得的FFT的比較性能圖。系統的噪聲主要由傳感器信號決定。

圖22 連接有無(wú)源穩定壓電傳感器的直流耦合解決方案的FFT

了解更多

CN0540用戶(hù)指南

ADC驅動(dòng)器工具

MS-2066技術(shù)文章，傳感器電路的低噪聲信號調理

AN-1384：驅動(dòng)放大器與

AD7768/AD7768-4或AD7768-1配合使用

數據手冊和評估板

CN-0540電路評估板(EVAL-CN0540-ARDZ)

LT3092數據手冊

LT3092EDD演示板

AD8605數據手冊

ADA4945-1數據手冊

ADA4945-1評估板

AD7768-1數據手冊

AD7768-1評估板

LTC2606數據手冊

LTC2606 DAC演示板

ADA4807-1數據手冊

ADR4540 Data Sheet

ADR4540數據手冊

ADA4807-2數據手冊

LTC3459數據手冊

LT3494數據手冊

LT3008數據手冊

ADP7118數據手冊

ADP7118評估板

I2C指最初由Philips Semiconductors（現為NXP Semiconductors）開(kāi)發(fā)的一種通信協(xié)議。

Circuits from the Lab電路僅供與ADI公司產(chǎn)品一起使用，并且其知識產(chǎn)權歸ADI公司或其授權方所有。雖然您可以在產(chǎn)品設計中使用參考電路，但是并未默認授予其它許可，或是通過(guò)此參考電路的應用及使用而獲得任何專(zhuān)利或其它知識產(chǎn)權。ADI公司確信其所提供的信息是準確可靠的。不過(guò)，Circuits from the Lab電路是以“原樣”的方式提供的，并不具有任何性質(zhì)的承諾，包括但不限于：明示、暗示或者法定承諾，任何適銷(xiāo)性、非侵權或者某特定用途實(shí)用性的暗示承諾，ADI公司無(wú)需為參考電路的使用承擔任何責任，也不對那些可能由于其使用而造成任何專(zhuān)利或其它第三方權利的侵權負責。ADI公司有權隨時(shí)修改任何參考電路，恕不另行通知。