ADI實(shí)驗室電路:超低功耗數據采集系統

電路功能與優(yōu)勢

圖1中的電路是超低功耗數據采集系統，使用了 AD7091R 12位、1 MSPS SAR ADC和 AD8031 運算放大器驅動(dòng)器，電路的總功耗低于5 mW，采用3 V單電源供電。

所選器件的低功耗和小封裝尺寸使得這種組合成為業(yè)界領(lǐng)先的便攜式電池供電系統解決方案，在這種系統中功耗、成本和尺寸極為關(guān)鍵。

當VDD引腳為3 V時(shí)， AD7091R的電源電流典型值僅為350μA，遠低于目前市場(chǎng)上的任何ADC競爭產(chǎn)品。這意味著(zhù)典型功耗約為1 mW。

AD8031僅需800μA的電源電流，電源電壓為3 V時(shí)的典型功耗為2.4 mW，在10 kHz模擬輸入信號下以1 MSPS的速率進(jìn)行采樣時(shí)，系統總功耗低于5 mW。

圖1. 集成驅動(dòng)器的12位、1 MSPS低功耗ADC（原理示意圖：未顯示所有連接）

電路描述

針對模擬信號，大多數SAR ADC需要合適的輸入緩沖器以獲得最佳性能。當內部采樣保持開(kāi)關(guān)從保持切換到采樣時(shí)，緩沖器可將信號源與ADC輸入產(chǎn)生的瞬變相互隔離。驅動(dòng)ADC的緩沖器必須從該瞬變中恢復，并在A(yíng)DC采集時(shí)間之內建立至所需精度。這在信號源具有高阻抗，并且低失真和高信噪比極為關(guān)鍵的應用中尤為重要。因此，選擇合適的緩沖器運算放大器便成為該設計中極為重要的一個(gè)環(huán)節。

AD7091R是一款12位、快速、超低功耗、單電源供電ADC，集成2.5 V內部基準電壓源。該器件可采用2.7V至5.25V電源供電。AD7091R的吞吐速率可達1MSPS。當輸入信號為10kHz、采樣速率為1MSPS時(shí)，該器件的總功耗約為2.3 mW。

在無(wú)需1MSPS采樣頻率的應用中，這一數字將下降，因為AD7091R的功耗與吞吐速率成正比，如表1所示。

可通過(guò)降低轉換器的吞吐速率而進(jìn)一步降低功耗。表1顯示當電源為3 V且器件工作在普通模式下，AD7091R的典型功耗與吞吐速率的關(guān)系。

表1表示激活關(guān)斷模式后可減少的功耗。當 AD7091R工作在較低的吞吐速率時(shí)，關(guān)斷模式對于大幅度降低電源需求極為有效。

AD7091R采用小型3 mm×2 mm、10引腳LFCSP或3 mm ×5 mm、10引腳MSOP封裝。兩款封裝與同類(lèi)競爭解決方案相比，大幅度節省了空間。

AD8031是一款低功耗軌到軌輸入/輸出運算放大器，是非常適合 AD7091R的驅動(dòng)放大器。 AD8031采用2.7V至1 V電源供電，支持通過(guò)一個(gè)供電軌驅動(dòng)兩個(gè)IC。AD8031帶寬為80MHz，壓擺率為30V/μs，達到0.1%精度的建立時(shí)間為125 ns。

當采用單電源工作時(shí)，AD8031的輸出可達負供電軌的20mV以?xún)?。若需?V輸入下的線(xiàn)性度，則AD8031需要一個(gè)額外的負電源（參考指南MT-035）。

圖1顯示了簡(jiǎn)化電路圖。使用100 nF和10μF陶瓷電容可對IC電源引腳實(shí)現良好的接地去耦。將這些電容放置于盡可能靠近兩個(gè)IC的電源引腳的位置。