電路功能與優(yōu)勢(shì)

　　對(duì)于要求寬動(dòng)態(tài)范圍的低成本、高通道數(shù)應(yīng)用,，片內(nèi)集成14位SAR ADC的8通道集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS) AD7607 可以用來(lái)有效實(shí)現(xiàn)超過(guò)80 dB的動(dòng)態(tài)范圍,。

　　DAS的典型應(yīng)用是電力線(xiàn)測(cè)量和保護(hù)設(shè)備，其中必須對(duì)多相輸配電網(wǎng)絡(luò)的大量電流和電壓通道進(jìn)行同時(shí)采樣,。

　　許多低壓電力線(xiàn)測(cè)量和保護(hù)系統(tǒng)不需要全部的16位ADC分辨率（例如AD7606 DAS所提供的分辨率）,，但仍然需要80 dB以上的動(dòng)態(tài)范圍，以便捕捉欠壓/欠流和過(guò)壓/過(guò)流條件。此外還需要同步采樣能力,，以便保持多相電力線(xiàn)的電流和電壓通道之間的相位信息,。

　　AD7607是集成14位、雙極性輸入,、同步采樣SAR ADC的8通道DAS,，具有84 dB的信噪比(SNR)，可滿(mǎn)足這類(lèi)低壓保護(hù)和測(cè)量系統(tǒng)的要求,。圖1所示電路還使用一個(gè)外部精密,、低溫漂、低噪聲基準(zhǔn)電壓源ADR421 ,，支持要求絕對(duì)精度性能的高通道數(shù)應(yīng)用,。

圖1. 低成本,、8通道、同步采樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（簡(jiǎn)化的電氣原理圖：未顯示去耦和所有連接）

　　電路描述

　　AD7607是一款集成式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),，片內(nèi)集成輸入放大器,、過(guò)壓保護(hù)電路、模擬抗混疊濾波器,、14位SAR ADC和數(shù)字濾波器,。本電路由AD7607和2.5 V基準(zhǔn)電壓源ADR421共同構(gòu)成。為實(shí)現(xiàn)良好的通道間匹配,，圍繞模擬輸入通道和器件去耦的對(duì)稱(chēng)布局非常重要,。

　　下文概括了為實(shí)現(xiàn)出色的通道間匹配和84 dB SNR性能，AD7607和ADR421宜采用何種推薦的布局,。

　　AD7607*估板布局

　　為確保良好的通道間匹配,，模擬輸入通道對(duì)稱(chēng)布局非常重要。在內(nèi)置多個(gè)AD7607器件的系統(tǒng)中,，為確保器件之間的性能匹配良好,，這些器件必須采用對(duì)稱(chēng)布局。

　　圖2所示為AD7607和ADR421的最佳電路板布局,。AVCC電壓平面沿AD7607的右側(cè)布設(shè),，VDRIVE電源走線(xiàn)沿AD7607的左側(cè)布設(shè)?；鶞?zhǔn)電壓源ADR421位于AD7607的南面。這里使用了實(shí)心接地層

圖2. 顯示AD7607 DAS和ADR421基準(zhǔn)電壓源的PCB布局布線(xiàn)

　　這些對(duì)稱(chēng)布局原則同樣適用于含有多個(gè)AD7607器件的系統(tǒng)。AD7607器件應(yīng)沿南北方向放置,，基準(zhǔn)電壓位于這些器件的中間,，基準(zhǔn)電壓走線(xiàn)則沿南北方向布設(shè),，類(lèi)似于圖2,。關(guān)于使用多個(gè)AD7606（16位8通道DAS）的系統(tǒng)詳細(xì)信息,，請(qǐng)參見(jiàn)電路筆記 CN-0148.

　　良好的去耦也很重要,，以便降低AD7607的電源阻抗,，并減少電源尖峰幅度。去耦電容應(yīng)盡可能放置在靠近DUT電源引腳及其對(duì)應(yīng)的接地引腳,。REFIN/REFOUT引腳和REFCAPA,、REFCAPB引腳的去耦電容同樣是攸關(guān)性能的重要去耦電容,，應(yīng)盡可能靠近相應(yīng)的AD7607引引腳,?？赡艿脑?huà),，應(yīng)將這些電容放在電路板上與AD7607器件相同的一側(cè)。圖3顯示了AD7607電路板頂層的建議去耦布局,。

圖3. 頂層去耦

　　電路板頂層上的四個(gè)陶瓷電容是REFIN/REFOUT引腳、REFCAPA引腳和REFCAPB引腳的去耦電容,。這些電容沿南北方向放置，以便盡可能靠近相應(yīng)的引腳,。圖4顯示了底層去耦布局，它用于4個(gè)AVCC 引腳和VDRIVE 引腳的去耦,。這里使用了多個(gè)過(guò)孔將引腳與其相應(yīng)的去耦電容相連,。AD7607器件周?chē)ヱ铍娙莸膶?duì)稱(chēng)布局有利于器件間的性能匹配。多個(gè)過(guò)孔用來(lái)將電容焊盤(pán)和引腳焊盤(pán)接地及接到電壓平面和基準(zhǔn)電壓走線(xiàn),。

圖4. 底層去耦

　通道間匹配

　　在高通道數(shù)系統(tǒng)中，良好的通道間和器件間性能匹配可以大大簡(jiǎn)化校準(zhǔn)程序,。AD7607器件,、模擬輸入通道和去耦電容的對(duì)稱(chēng)布局有助于多個(gè)器件之間的性能匹配。使用公共系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓能進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的匹配性能,。圖5顯示所有輸入接地時(shí)電路板上8個(gè)通道的實(shí)測(cè)匹配性能,。這里展示了最多三個(gè)碼的分布直方圖，各通道直方圖的中心為碼1,。

圖5. 輸入接地時(shí)8個(gè)通道的直方圖

　　交流性能

　　本電路中,，AD7607配置為在外部基準(zhǔn)電壓源模式下工作。ADR421為AD7607的REFIN/REFOUT引腳提供2.5 V基準(zhǔn)電壓,。對(duì)AD7607的通道1施加一個(gè)1 kHz信號(hào),。AD7607的輸入范圍配置為±5 V。在所有8個(gè)通道上以200 kSPS采樣時(shí),，AD7607的SNR達(dá)到84.12 dB,。這一性能相當(dāng)于大約13.7位的有效位數(shù)(ENOB),，其中ENOB = (SNR ? 1.76 dB)/6.02,。

圖6. FFT顯示SNR為84.12 dB（輸入 = 1 kHz,，fs = 200 kSPS）

　　為進(jìn)一步提高SNR性能和系統(tǒng)的ENOB,，可以將AD7607配置為以8倍過(guò)采樣模式工作,。這種模式下,，SNR提高到85.25 dB，因而有效位數(shù)提高到13.9位,。當(dāng)AD7607在8倍過(guò)采樣模式下使用時(shí),，各通道的吞吐速率降至25 kSPS。

圖7. FFT顯示SNR為85.26 dB（8倍過(guò)采樣，fs = 25 kSPS）

　　上述建議布局能夠確保一個(gè)AD7607實(shí)現(xiàn)良好的通道間匹配性能,，并且同一PCB板上的多個(gè)AD7607之間也具有良好的器件間匹配性能,。AD7607和ADR421能夠?qū)崿F(xiàn)84 dB的SNR，滿(mǎn)足變電站自動(dòng)化設(shè)備中的低壓保護(hù)和測(cè)量應(yīng)用的80 dB以上動(dòng)態(tài)范圍需求,。

　　常見(jiàn)變化

　　AD7607是一款8通道,、14位DAS。ADI還提供 AD7606-6 （6通道16位DAS）和 AD760*（4通道16位DAS）,。AD7608是一款8通道,、18位DAS,。相應(yīng)的基準(zhǔn)電壓源可以利用基準(zhǔn)電壓源選型和*估工具進(jìn)行選擇。