电路设计常见问题解答-电子发烧友网

简介

电路设计充满挑战，即便是最富经验的工程师也难免遭遇困惑与阻碍。《电路设计常见问题解答》是ADI精心筹备的一份实用指南，力求为您铺设一条清晰的学习与实践之路。

Q1：设计双极性输入、全差分输出 ADC 驱动器时需要考虑什么？

大多数 ADC 驱动器电路既需要正电源电压，也需要负电源电压，并且其电源电压超过 ADC 的输入范围。此要求是为了确保输入和输出级具有足够的裕量摆幅。有时候，由于预算或空间约束，无法同时拥有正负供电轨。为了解决这个问题，我们将介绍需要采取哪些步骤来设计双极性输入、全差分输出 ADC 驱动器，同时确保达到所需的噪声和失真性能。

Q1：RTD 传感器的 ADC 模拟前端(AFE)

工业中的一个常见做法是为特定应用需要的各种传感器使用一个通用 ADC，然后为每种传感器开发一个独特的模拟前端(AFE)。本节将重点介绍 3 线 RTD 的 AFE，它适用于多种材料类型的 RTD。

AFE 的详细原理图

Q2：双极性输入到单极性输出的信号调理

ADC 的输入通常是单极性信号，其摆幅为从地到正满量程。对于在正负满量程之间摆动的双极性信号，需要一个电路驱动器将其转换并压缩到 ADC 输入的单极性范围。典型的运放式 ADC 驱动器的调整电路需要基准电压、分压器电阻和运放电源电压。

通过调整和电平转换实现双极性到单极性转换

本节介绍了针对给定偏置电压 Vref 值进行调整和电平转换的一般步骤。文中给出了利用调整电阻一步一步计算电阻和电容值的指南，并解决了一个示例设计问题。

Q1：如何设计跨阻放大器电路以测量不同尿酸浓度样本

本节提供了解决与跨阻放大器(TIA)设计相关的特定设计挑战的分步指南。如图所示 TIA 电路在近红外光强度转电流的应用中用作模拟前端。这篇通过举例来阐明的电路设计常见问题解答将聚焦于不同尿酸浓度样本的测量。

光电二极管 TIA 前端电路设计

Q2：为 15Msps 18 位 ADC 设计输入驱动器时应该考虑哪些因素

ADC 驱动器是数据采集信号链设计的关键构建模块。ADC驱动器用于执行许多关键功能，如输入信号幅度调整、单端至差分转换、消除共模偏移，并经常用于实现滤波。本节电路讨论了如何从单端输入信号产生经调整的差分输出信号，并对信号进行电平转换以确保其满足 ADC 满量程的性能需求。

Q1：如何利用间接电流模式仪表放大器放大具有大直流偏移的交流信号

在电磁流量计和生物电测量等应用中，小差分信号与大得多的差分偏移串联。这些偏移通常会限制电路在前端设计中可以获得的增益，进而影响整体动态范围。当使用较低电源电压时，例如在电池供电的信号链中，挑战的难度更大。应对该挑战的一种方案是使用交流耦合测量信号链。典型的交流耦合信号链包括一个低增益仪表放大器，其后是一个高通滤波器和额外的增益级。在大多数应用中，最好在第一级获得尽可能多的增益，因为这有助于改善信号链中其他增益级的 RTI（折合到输入端）噪声。本节电路设计笔记将介绍间接电流模式仪表放大器架构的设计和实施，从而在一级中实现高增益和交流耦合。

采用间接电流模式架构的交流耦合信号调理电路

Q2：如何放大具有大直流偏移的交流信号

在电磁流量计或生物电测量等应用中，小差分信号与大得多的差分偏移串联。这些偏移通常会限制您在前端可以获取的增益，降低整体动态范围，尤其是在使用电池供电的较低电源电压的信号链上。本节指南将帮助您设计一个低功耗、交流耦合信号调理电路，该电路既能抑制大偏移电压，又能放大小的差分信号。此外，本指南将有助于围绕高通滤波器的增益级的划分以及噪声考虑因素。

电池供电的交流耦合信号调理电路

Q3：如何设计采用Sallen-Key滤波器的抗混叠架构

在任何采样系统中，例如涉及 ADC 的测量系统中，有一种称为混叠的现象，它可能导致处于较高频带的信号“向下折叠”到奈奎斯特频带，使其与目标信号无法区分。奈奎斯特频率是采样速率 fs 的一半。由 ADC 采样的电路带宽应小于采样速率的一半。混叠会导致干扰信号和噪声污染输出，从而影响测量精度。

有些应用依赖频域中的数据分析，例如状态监控、预防性维护、电力质量监控和被动声纳，对于这些应用中使用的测量系统，混叠是一个特别的问题。这些系统通常支持宽带宽数据采集，能够处理频域中的振动、功率和声学等信号，并根据信号音和谐波的特征做出决策。监控的性质要求使它们对频谱干扰特别敏感。低通滤波器是这些测量系统中的信号链设计的重要组成部分，有助于防止带外信号和噪声折叠到目标信号带宽中。