完整的5V單電源8通道多路復用數據采集系統

PGIA

連接/參考器件

ADAS3022 16位、1 MSPS、8通道數據采集系統

ADP1613 650 kHz/1.3 MHz升壓PWM DC-DC開(kāi)關(guān)轉換器

AD8031/ AD8032 2.7 V、每放大器800 μA、80 MHz、單路/雙路、軌到軌I/O放大器

ADR434 超低噪聲XFET基準電壓源，具有吸電流和源電流能力

評估和設計支持

電路評估板

ADAS電路評估板(EVAL-ADAS3022EDZ)

ADP1613 不包括評估板

轉換器評估與開(kāi)發(fā)板(EVAL-CED1Z)設計和集成文件

原理圖、布局文件、物料清單

電路功能與優(yōu)勢

圖1所示電路是一款高度集成、16位、1 MSPS、多路復用、8通道、靈活的數字采集系統(DAS)，集成可編程增益儀表放大器(PGIA)，能夠處理全范圍工業(yè)級信號。

圖1. 完整的5 V、單電源、8通道數據采集解決方案，集成PGIA（原理示意圖：未顯示所有連接和去耦）

+5 V單電源為電路供電，高效率、低紋波升壓轉換器產(chǎn)生±15 V電壓，可處理最高±24.576 V的差分輸入信號（±2 LSB INL最大值、±0.5 LSB DNL典型值）。對于高精度應用，這款緊湊、經(jīng)濟型電路可以提供高精度和低噪聲性能。

基于逐次逼近寄存器(SAR)的數據采集系統集成真正的高阻抗差分輸入緩沖器，因此無(wú)需額外緩沖；緩沖通常用來(lái)減少基于容性數模轉換器(DAC)的SAR模數轉換器(ADC)產(chǎn)生的反沖。此外，該電路具有高共模抑制，無(wú)需外部?jì)x表放大器；而通常存在共模信號的應用中需要用到儀表放大器。

ADAS3022是完整的16位、1 MSPS數據采集系統，集成如下器件：一個(gè)8通道、低泄漏多路復用器；一個(gè)具有高共模抑制的可編程增益儀表放大器級；一個(gè)精密低漂移4.096 V基準電壓源；一個(gè)基準電壓緩沖器；以及一個(gè)高性能、無(wú)延遲、16位SAR ADC。ADAS3022在每個(gè)轉換周期結束時(shí)降低功耗，因此，工作電流和功耗與吞吐率成線(xiàn)性比例關(guān)系，使其成為低采樣速率電池供電應用的理想選擇。

ADAS3022集成8路輸入和1路COM輸入；該COM輸入可配置為8路單端通道、參考同一基準電壓的8路通道、4路差分通道或單端和差分通道的不同組合。

圖1所示電路中，經(jīng)AD8031運算放大器緩沖后的ADR434低噪聲基準電壓源提供參考電壓。AD8031能夠以快速恢復的方式驅動(dòng)動(dòng)態(tài)負載，因此非常適合用作參考緩沖器。

ADP1613是一款DC-DC升壓轉換器，集成電源開(kāi)關(guān)，為ADAS3022提供片內輸入多路復用器所需的±15 V高壓電源，以及不影響ADAS3022性能的可編程增益儀表放大器。

本電路采用ADAS3022、ADP1613、ADR434和AD8031精密器件的組合，可同時(shí)提供高精度和低噪聲性能。

電路描述

ADAS3022是首款單芯片上完整的DAS，能夠以最高1 MSPS的速率進(jìn)行轉換，并接受最高±24.576 V的差分模擬輸入信號。該器件需使用高壓雙極性電源：±15 V（VDDH和VSSH）、+5 V（AVDD和DVDD）、以及+1.8 V至+5 V (VIO)。

ADAS3022無(wú)需使用標準解決方案中的信號緩沖、電平轉換、放大、噪聲抑制以及其它模擬信號調理，簡(jiǎn)化了精密16位、1 MSPS DAS的設計難題。此外，ADAS3022以更高的數據速率、更小的尺寸、更快的產(chǎn)品上市時(shí)間、以及更低的價(jià)格，提供更佳的時(shí)序和噪聲性能。

ADAS3022內部集成PGIA，可設置增益為0.16、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2和6.4，并且它能夠處理的全差分輸入范圍分別為±24.576 V、±20.48 V、±10.24 V、±5.12 V、±2.56 V、±1.28 V和±0.64 V。輸入范圍參考內部4.096 V基準電壓源。

對于COM引腳上的輸入電壓而言，它可測量偽差分、單極性和雙極性的輸入范圍。

圖1所示電路中，外部基準電壓由4.096 V ADR434提供。ADR434具有高精度、低功耗（工作電流為800 μA）、低噪聲、±0.12%最大初始誤差以及出色的溫度穩定性等特性。無(wú)論在具有高帶寬要求的電池供電系統中，還是元件密度高且要求較低功耗的高速系統中，用于緩沖外部基準電壓的AD8032低功耗運算放大器都是理想的選擇。

ADAS3022數字接口由異步輸入（CNV、RESET、PD和BUSY）以及兼容SPI、FPGA或DSP用于回讀轉換結果回讀和編程配置寄存器的4線(xiàn)式串行接口（CS、SDO、SCK和DIN）組成。

ADP1613電源設計

ADP1613用作單端初級原邊電感(SEPIC) Cuk轉換器，是ADAS3022在外部5 V電源供電情況下，為其提供20 mA時(shí)所需±15 V高壓電源以及最大值為3 mV的低輸出紋波的理想選擇。本應用中，ADP1613的開(kāi)關(guān)頻率為1.3 MHz。如圖2所示，ADP1613盡可能地減少了外部元器件數目，并且具有超過(guò)86%的效率，因此它能滿(mǎn)足ADAS3022的規格要求。在該拓撲中使用低成本ADP1613的最大優(yōu)勢，是它在兩條供電軌之間的出色跟蹤能力，同時(shí)使用現成的耦合電感可產(chǎn)生±15 V電壓。除此之外，還能通過(guò)ADIsimPower設計工具輕松快捷地完成設計制造。

圖2. ADP1613的功效(POUT/PIN)與輸出電流(IOUT)的關(guān)系

圖1所示電路采用ADP161x SEPIC-Cuk可下載設計工具中的下列輸入進(jìn)行設計，ADIsimPower提供該設計工具：

VINMIN = 4.75 V

VINMIN = 4.75 V

VINMAX = 4.99 V

VINMAX = 4.99 V

VOUT = 15 V

VOUT = 15 V

VRIPPLE = 0.02%

VRIPPLE = 0.02%

Ambient temperature = 55°C

環(huán)境溫度 = 55°C

Optimized for lowest cost

針對最低成本優(yōu)化

External filter option

外部濾波器選項

注意，ADP1613的SW引腳上的最大電壓為：VIN + VOUT = 20 V，低于其21 V的絕對最大電壓規格。針對大于等于5 V的輸入電壓，設計工具建議使用由SW引腳驅動(dòng)的串接N溝道MOSFET。由于具有1 V的安全裕量，對于最高5.25 V輸入、15 V輸出而言，該電路無(wú)需使用FET。因此，設計工具中所用輸入電壓設為4.99 V?？稍贑N0201-設計支持包中找到ADP1613 SEPIC-Cuk轉換器的設計結果。

動(dòng)態(tài)性能

圖3表示存在交流輸入信號的情況下，ADAS3022的典型動(dòng)態(tài)性能。試驗中，分別采用線(xiàn)性±15 V臺式電源和ADP1613評估板的±15 V輸出驅動(dòng)ADAS3022，未觀(guān)察到有交流或直流性能的差異。

常見(jiàn)變化

其它外部4.096 V基準電壓源可與ADAS3022一同使用，如ADR444和ADR4540。若需要，可使用AD8031或AD8605運算放大器作為外部基準電壓緩沖器。

應參考ADAS3022數據手冊，獲取有關(guān)內部或外部基準電壓源和基準電壓緩沖器的更多使用建議。

ADP1612/ ADP1613/ ADP1614是升壓、DC-DC轉換器，集成電源開(kāi)關(guān)，可提供最高20 V的輸出電壓。當ADP1613用作SEPIC-Cuk轉換器時(shí)，其電流輸出能力最高為60 mA。ADP1614提供最高120 mA的電源。利用ADIsimPower設計工具可進(jìn)行完全定制設計，并通過(guò)單個(gè)控制器的低成本SEPIC-Cuk拓撲快速創(chuàng )建穩定的雙路供電軌。

電路評估與測試

該電路使用ADI的ADP1613評估板、EVAL-ADAS3022EDZ評估板以及EVAL-CED1Z轉換器評估和開(kāi)發(fā)板測試，連接方式見(jiàn)圖4。7 V壁式電源連接至EVAL-CED1Z，外部5 V電源連接至ADP1613評估板。

EVAL-ADAS3022EDZ是一款用戶(hù)評估板，用以簡(jiǎn)化16位ADAS3022完整DAS的獨立性能和功能測試。ADP1613評估板通過(guò)ADP161x SEPIC-Cuk可下載設計工具搭建，ADIsimPower提供該工具。

圖3. 使用EVAL-CED1Z評估板和軟件的ADAS3022 FFT輸出

EVAL-CED1Z板是一種使用ADI精密轉換器的系統評估、演示和開(kāi)發(fā)平臺。它提供轉換器和PC之間所需的通信，編程或控制器件，通過(guò)USB線(xiàn)收發(fā)數據。

設備要求

需要使用以下設備：

ADAS電路評估板和軟件(EVAL-ADAS3022EDZ)

轉換器評估和開(kāi)發(fā)板(EVAL-CED1Z)

ADIsimPower提供的ADP1613評估板

Audio Precision SYS-2702

PC/筆記本電腦（Windows 32位或64位）

USB接口電纜(1)和AP電纜(1)

7V/2 A直流壁式電源，為EVAL-CED1Z板供電

5 V/100 mA直流電源，為ADP1613評估板供電。

功能框圖

圖4. 測試設置功能框圖

測試設置的功能框圖如圖4所示