市場對工業(yè)應用的需求與日俱增,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是其中的關鍵設備。它們通常用于檢測溫度、流量、液位、壓力和其他物理量,隨后將這些物理量對應的模擬信號轉(zhuǎn)換為高分辨率的數(shù)字信息,再由軟件做進一步處理。此類系統(tǒng)對精度和速度的要求越來越高,這些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由放大器電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)組成,其性能對系統(tǒng)具有決定性的影響。
然而,ADC的輸入驅(qū)動器也會影響整體精度,該驅(qū)動器用于緩沖和放大輸入信號。此外,還必須增加偏置信號或生成全差分信號,以覆蓋ADC的輸入電壓范圍并滿足其共模電壓要求,在此過程中不得改變原始信號???a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/1315/" target="_blank">編程增益儀表放大器(PGIA)通常用作輸入驅(qū)動器。在本文中,我們提出了一種輸入驅(qū)動器和ADC的組合,通過這種組合可以實現(xiàn)非常精確的轉(zhuǎn)換結果,從而構建高質(zhì)量的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
例如,LTC6373就是一款適用于高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的PGIA。除了全差分輸出,它還具有高直流精度、低噪聲、低失真(見圖2)以及4 MHz的高帶寬,增益為1/4~16。ADC可以通過它直接驅(qū)動,因此適合許多信號調(diào)理應用。
圖1中的電路顯示了使用LTC6373來驅(qū)動精密ADC的示例,ADC是具有1.8 MSPS的20位分辨率的AD4020。
圖1. 驅(qū)動精密ADC的電路示例。
在該電路中,LTC6373在輸入端和輸出端直流耦合,因而不需要使用變壓器來驅(qū)動ADC。增益可通過引腳A2/A1/A0在0.25 V/V至16 V/V之間進行設置。在圖1中,LTC6373采用差分輸入至差分輸出配置和±15 V對稱電源電壓?;蛘?,輸入也可以是單端輸入,而輸出仍然是差分輸出。
在圖1中,輸出共模電壓通過VOCM引腳設置為VREF/2。這樣就可實現(xiàn)LTC6373的輸出電平轉(zhuǎn)換。LTC6373的每個輸出在0 V至VREF之間變化,因此在ADC輸入端有一個2× VREF幅度的差分信號。LTC6373的輸出端和ADC輸入端之間的RC網(wǎng)絡形成一個單極點低通濾波器,它可降低在ADC輸入端切換電容時產(chǎn)生的電流毛刺。同時,低通濾波器限制了寬帶噪聲。
圖2. 使用LTC6373驅(qū)動AD4020的SNR(左)和THD(右)性能。
圖2顯示LTC6373的信噪比(SNR)和總諧波失真(THD),其在整個輸入電壓范圍(10 V p-p)內(nèi)驅(qū)動AD4020 SAR ADC(高阻態(tài)模式)。在吞吐量為1.8 MSPS,濾波器電阻(RFILTER)為442 Ω時可獲得比較滿意的效果。在1 MSPS或0.6 MSPS時,制造商建議RFILTER為887 Ω。
LTC6373可驅(qū)動大多數(shù)具有差分輸入的SAR ADC,不需要另外增加ADC驅(qū)動器。但是,在某些應用中,在LTC6373和精密ADC之間可以使用單獨的ADC驅(qū)動器來進一步提高信號鏈的線性度。
結論
圖1中所示的電路針對快速、高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行了優(yōu)化。因此,LTC6373的出色特性有助于對傳感器輸出信號進行信號調(diào)理。借助在線工具ADI Precision Studio,特別是其中包含的ADC驅(qū)動器工具,ADI公司可以為此類放大級、濾波器和線性電路設計提供更多支持。
LTC6373
可編程增益引腳:
G = 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16 V / V + 關斷
全差分輸出
增益誤差:0.012%(最大值)
增益誤差漂移:1ppm / °C(最大值)
CMRR:103 dB(最小值),(G = 16)
輸入偏置電流:25 pA(最大值)
輸入失調(diào)電壓:92 μV(最大值),G = 16
輸入失調(diào)電壓漂移:1.7 μV / °C(最大值),G = 16
–3 dB 帶寬:4 MHz,G = 16
輸入噪聲密度:8 nV /√Hz,G = 16
壓擺率:12 V /μs,G = 16
可調(diào)共模輸出電壓
靜態(tài)電源電流:4.4 mA
電源電壓范圍:±4.5 V ~ ±18 V
額定溫度范圍為 –40 °C ~ 125 °C
小型 12 引腳 4mm × 4mm DFN (LFCSP) 封裝
審核編輯 :李倩
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原文標題:為了更精確,更高質(zhì)量,我們采用了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)“組合技”
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