電路功能與優(yōu)勢
　　本電路為高速,、高精度,、同步采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用提供電流隔離，如圖1所示,。16位PulSAR ADC AD7685 是一款多功能器件,，支持通過菊花鏈監(jiān)控多個(gè)通道?；?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/運(yùn)算放大器" title="運(yùn)算放大器" target="_blank">運(yùn)算放大器 AD8615的輸入電路對(duì)±10 V工業(yè)信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,、衰減和緩沖，以滿足ADC的輸入要求,。這個(gè)靈活的電路包括一個(gè)精密基準(zhǔn)電壓源ADR391 和兩個(gè)四通道數(shù)字隔離器ADuM1402 ,，以便為常見的工業(yè)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用提供緊湊且具成本效益的解決方案。
　
　　電流隔離,、雙通道,、16位、同步采樣,、菊花鏈連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (CN0194)  圖1. 電流隔離的雙通道,、同步采樣、16位,、含菊花鏈連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（原理示意圖：未顯示去耦和所有連接）

圖1. 電流隔離的雙通道,、同步采樣、16位,、含菊花鏈連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

（原理示意圖：未顯示去耦和所有連接） 

放大 回到頂部電路描述
　　AD7685是一款16位,、電荷再分配,、逐次逼近型(SAR)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，采用2.3 V至5.5 V單電源(VDD)供電,。它內(nèi)置一個(gè)低功耗,、高速、16位無失碼,、無流水線延遲的采樣ADC,、一個(gè)內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)鐘和一個(gè)多功能串行接口端口，還集成了一個(gè)低噪聲,、寬帶寬,、短孔徑延遲的采樣保持電路。在CNV上升沿,，它對(duì)IN+與IN-之間的模擬輸入電壓差進(jìn)行采樣,，范圍從0 V至VREF?；鶞?zhǔn)電壓VREF由外部提供,，范圍從0.5 V至VDD。圖1所示電路采用4.5 V基準(zhǔn)電壓,。
　
　　AD7685的功耗與采樣速率成線性比例關(guān)系,。VDD = 5 V且采樣速率為250 kSPS時(shí)，最大功耗為15 mW,。AD7685采用10引腳MSOP封裝或10引腳QFN(LFCSP)封裝,，工作溫度范圍為−40°C至+85°C。SPI兼容串行接口還能夠利用SDI輸入,，將幾個(gè)ADC以菊花鏈形式連結(jié)到單條三線式總線上,，或提供一個(gè)可選的繁忙(BUSY)指示功能。它采用獨(dú)立的VIO電源引腳,，與1.8V、2.5V,、3V或5V邏輯兼容,。
　
　　完整的模擬信號(hào)鏈采用5 V單電源供電。低壓差2.5 V基準(zhǔn)電壓源ADR391和U13軌到軌CMOS運(yùn)算放大器AD8615,，產(chǎn)生ADC所用的4.5 V基準(zhǔn)電壓,。4.5 V基準(zhǔn)電壓在U13的輸出端提供0.5 V裕量，因此,，在5 V電源的標(biāo)稱變化范圍內(nèi),，運(yùn)算放大器始終保持在線性區(qū)域內(nèi)工作。ADR391 2.5 V輸出由U13的噪聲增益(1 + R4/R5)放大,。對(duì)于所選的R4和R5值,，噪聲增益為1.8,，因此基準(zhǔn)電壓為1.8 × 2.5 V = 4.5 V。
　
　　U4和U14運(yùn)算放大器AD8615提供0.225的信號(hào)增益（由R1與R2和R19與R20的比值設(shè)置）,，將20 V p-p的輸入信號(hào)幅度降至ADC輸入端的4.5 V p-p,。對(duì)于0 V輸入，U4和U14的輸出端需要2.25 V偏移,，這就要求U4和U14同相輸入端的共模電壓為1.84 V,，該電壓由電阻分壓器R3-R6產(chǎn)生。
　
U4和U14輸出端的R-C網(wǎng)絡(luò)（33 Ω,、2.7 nF）形成一個(gè)帶寬為1.8 MHz的單極點(diǎn)噪聲濾波器,。
　
　　AD8615是一款CMOS軌到軌輸入和輸出、單電源放大器,，具有極低失調(diào)電壓,、寬信號(hào)帶寬以及低輸入電壓和電流噪聲等特性。該器件采用DigiTrim®專利調(diào)整技術(shù),，無需激光調(diào)整便可達(dá)到出色的精度,。AD8615采用2.7 V至5 V單電源供電。
　
　　20 MHz以上的帶寬,、低失調(diào),、低噪聲和低輸入偏置電流特性的結(jié)合，使該放大器適合各種應(yīng)用,。濾波器,、積分器、光電二極管放大器和高阻抗傳感器等器件均可受益于這些特性組合,。寬帶寬和低失真特性則有益于交流應(yīng)用,。在DigiTrim系列中，AD8615提供最高的輸出驅(qū)動(dòng)能力,，是音頻線路驅(qū)動(dòng)器和其它低阻抗應(yīng)用的理想選擇,。
　
　　該器件的具體應(yīng)用包括：便攜式和低功耗儀器儀表、便攜式設(shè)備的音頻放大,、便攜式電話耳機(jī),、條形碼掃描器以及多極點(diǎn)濾波器。它還具有軌到軌輸入與輸出擺幅能力,，因而設(shè)計(jì)人員可以在單電源系統(tǒng)中緩沖CMOS ADC,、DAC、ASIC及其它寬輸出擺幅器件,。
　
　　ADR391是一款微功耗,、低壓差基準(zhǔn)電壓源，可利用僅比輸出電壓高出300 mV的電源提供穩(wěn)定的輸出電壓,。先進(jìn)的設(shè)計(jì)無需外部電容,，可進(jìn)一步節(jié)省電路板空間,、降低成本。ADR391精密基準(zhǔn)電壓源具有低功耗,、小尺寸和易于使用的特點(diǎn),，非常適合電池供電應(yīng)用。該器件利用ADI公司的溫度漂移曲率校正專利技術(shù),，可在TSOT封裝中實(shí)現(xiàn)9 ppm/°C的低溫漂特性,。
　
　　ADuM1402是一款采用ADI公司iCoupler®技術(shù)的四通道數(shù)字隔離器。該隔離器件將高速CMOS與單芯片空芯變壓器技術(shù)融為一體,，具有優(yōu)于光耦合器等替代器件的出色性能特征,。
　
　　iCoupler 器件不用LED和光電二極管，因而不存在一般與光耦合器相關(guān)的設(shè)計(jì)困難,。簡單的iCoupler數(shù)字接口和穩(wěn)定的性能特征,，可消除光耦合器通常具有的電流傳輸比不確定、非線性傳遞函數(shù)以及溫度和使用壽命影響等問題,。
　
　　這些iCoupler產(chǎn)品不需要外部驅(qū)動(dòng)器和其它分立器件,。此外，在信號(hào)數(shù)據(jù)速率相當(dāng)?shù)那闆r下,，iCoupler器件的功耗只有光耦合器的1/10至1/6,。
　
　　ADuM1402隔離器提供四個(gè)獨(dú)立的隔離通道，支持2/2方向和最高達(dá)90 Mbps（C級(jí)）的多種數(shù)據(jù)速率（請(qǐng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)“訂購指南”部分）,。所有型號(hào)均可采用2.7 V至5.5 V電源電壓工作,，與低壓系統(tǒng)兼容，并且能夠跨越隔離柵實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換功能,。此外,，ADuM1402具有低脈沖寬度失真（小于2 ns）和嚴(yán)格的通道間匹配（小于2 ns）特性。與其它光耦合器不同,，ADuM1402隔離器具有已取得專利的刷新特性,，可確保不存在輸入邏輯轉(zhuǎn)換時(shí)及缺少一個(gè)電源條件下的直流正確性。
　
　　圖1顯示AD7685如何通過菊花鏈連接起來,，以減少需要隔離的信號(hào)數(shù)量,。注意，RSCLK和RFS分別是AD7685串行時(shí)鐘(SCK)和串行幀同步(CNV)的回讀結(jié)果,，這些回讀信號(hào)相對(duì)于DATA信號(hào)的偏斜必須非常短。該偏斜為數(shù)字隔離器的通道間匹配傳播延遲(tPSKCD),，對(duì)于ADuM1402C小于2 ns,。因此，串行接口能夠以數(shù)字隔離器的最大速度工作（ADuM1402C為90 Mbps）,，對(duì)應(yīng)于90 MHz的最大串行時(shí)鐘頻率,。如果延遲過長,，它可能要受到數(shù)字隔離器傳播延遲級(jí)聯(lián)的限制。本電路中,，對(duì)于250 kSPS的采樣頻率,，TSCLK頻率為30 MHz。
　
　　將兩個(gè)相位相差90°的±10 V信號(hào)施加于EVAL-CN0194-SDPZ板的兩個(gè)通道（AIN1和AIN2）,，利用隨附的評(píng)估軟件獲得轉(zhuǎn)換結(jié)果,，如圖2所示。使用隨附的評(píng)估軟件還可以查看FFT數(shù)據(jù)（圖3）,，以及固定直流電平時(shí)的代碼直方圖（圖4）,。
　
　　該電路或任何高速電路的性能都高度依賴于適當(dāng)?shù)腜CB布局，包括但不限于電源旁路,、受控阻抗線路（如需要）,、元件布局、信號(hào)布線以及電源層和接地層,。（有關(guān)PCB布局的詳情,，請(qǐng)參見教程 MT-031、 MT-101 和 高速印刷電路板布局實(shí)用指南一文,。）
　
　　有關(guān)本電路筆記的完整設(shè)計(jì)支持包,，請(qǐng)參閱 www.analog.com/zh/CN0194-DesignSupport。
　
　　電流隔離,、雙通道,、16位、同步采樣,、菊花鏈連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (CN0194)  圖2. 兩個(gè)相位相差90°的獨(dú)立±10V輸入信號(hào)(AIN1,、AIN2)的15,000個(gè)樣本，施加于EVAL-CN0194-SDPZ板（菊花鏈模式）的AIN1和AIN2,，采樣速率250 kSPS

圖2. 兩個(gè)相位相差90°的獨(dú)立±10V輸入信號(hào)(AIN1,、AIN2)的15,000個(gè)樣本，施加于EVAL-CN0194-SDPZ板（菊花鏈模式）的AIN1和AIN2,，采樣速率250 kSPS 

　　放大 電流隔離,、雙通道、16位,、同步采樣,、菊花鏈連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (CN0194)  圖3. Kaiser窗口（參數(shù) = 20）、20 kHz輸入,、250 kSPS采樣速率下的FFT

圖3. Kaiser窗口（參數(shù) = 20）,、20 kHz輸入、250 kSPS采樣速率下的FFT 

　　放大 電流隔離,、雙通道,、16位,、同步采樣、菊花鏈連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (CN0194)  圖4. 一個(gè)直流輸入的直方圖（碼中心,，390,000個(gè)樣本）

圖4. 一個(gè)直流輸入的直方圖（碼中心,，390,000個(gè)樣本） 

放大 回到頂部常見變化
　　PulSAR系列的其它引腳兼容16位ADC提供更高的采樣速率： AD7686 (500 kSPS)、AD7980 (1 MSPS)和 AD7983 (1.33 MSPS),。如果需要18位分辨率,，下列器件也是PulSAR系列的引腳兼容產(chǎn)品： AD7691 (250 kSPS)、 AD7690 (500 kSPS),、 AD7982 (1 MSPS)和 AD7984 (1.33 MSPS),。運(yùn)算放大器 AD8615還提供雙通道( AD8616) 和四通道 ( AD8618) 版本。其它可用的驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器包括 ADA4841-1（單通道）,、 ADA4841-2（雙通道）和 ADA4941-1 （雙通道差分）,。
　
回到頂部電路評(píng)估與測試
　　本電路使用EVAL-CN0194-SDPZ電路板和EVAL-SDP-CB1Z系統(tǒng)演示平臺(tái)(SDP)評(píng)估板。這兩片板具有120引腳的對(duì)接連接器,，可以快速完成設(shè)置并評(píng)估電路性能,。EVAL-CN0194-SDPZ板包含要評(píng)估的電路，如本筆記所述,。SDP評(píng)估板與CN0194評(píng)估軟件一起使用,，可從EVAL-CN0194-SDPZ電路板獲取數(shù)據(jù)。
　
設(shè)備要求
　
　　帶USB端口和Windows® XP,、Windows Vista（32位）或Windows 7（32位）PC
　　EVAL-CN0194-SDPZ電路評(píng)估板
　　EVAL-SDP-CB1Z SDP評(píng)估板
　　CN-0194評(píng)估軟件
　　電源：+6 V或+6 V壁式電源適配器
　　低失真信號(hào)源,，如Audio Precision System Two 2322等
　　開始使用
　　將CN0194評(píng)估軟件光盤放進(jìn)PC的光盤驅(qū)動(dòng)器，加載評(píng)估軟件,。打開“我的電腦”,，找到包含評(píng)估軟件光盤的驅(qū)動(dòng)器，打開Readme文件,。按照Readme文件中的說明安裝和使用評(píng)估軟件,。
　
功能框圖
　　電路框圖參見本電路筆記的圖1，電路原理圖參見PDF文件“EVAL-CN0194-SDPZ-SCH”,。此文件位于CN0194設(shè)計(jì)支持包中,。
　
設(shè)置
　　EVAL-CN0194-SDPZ電路板上的120引腳連接器連接到EVAL-SDP-CB1Z (SDP)評(píng)估板上標(biāo)有“CON A”的連接器。應(yīng)使用尼龍五金配件,，通過120引腳連接器兩端的孔牢牢固定這兩片板,。在斷電情況下，將一個(gè)+6 V電源連接到板上標(biāo)有“+6V CFTL”和“+6 V SDP”的引腳,。如果有+6 V壁式電源適配器,，可以將它連接到板上的管式插孔連接器，代替+6 V電源。SDP板附帶的USB電纜連接到PC上的USB端口,。注：此時(shí)請(qǐng)勿將該USB電纜連接到SDP板上的微型USB連接器。
　
測試
　　為連接到EVAL-CN0194-SDPZ電路板的+6 V電源（或壁式電源適配器）通電,。啟動(dòng)評(píng)估軟件,，并通過USB電纜將PC連接到SDP板上的微型USB連接器。如果設(shè)備管理器中列出了Analog Devices System Development Platform驅(qū)動(dòng)器,，軟件將能與SDP板通信,。
　
　　一旦USB通信建立，就可以使用SDP板來發(fā)送,、接收,、捕捉來自EVAL-CN0194-SDPZ板的串行數(shù)據(jù)。
　
　　本電路筆記中的數(shù)據(jù)是利用Audio Precision System Two 2322信號(hào)源和GlobTek電源產(chǎn)生,，信號(hào)源的頻率設(shè)置如圖中所示,。
　
　　有關(guān)SDP板的信息，請(qǐng)?jiān)L問：www.analog.com/SDP,。