采用ADAS3023同步采样数据采集系统电路—电路精选（43） - 全文

ADAS3023是一款完整的16位逐次逼近型模数转换器数据采集系统。该器件能够以高达500 kSPS的速率同时对双通道进行采样、以250 kSPS的速率同时对四通道进行采样、以167 kSPS的速率同时对六通道进行采样，以及以125 kSPS的速率同时对八通道进行采样；采用ADI专利的iCMOS®高压工业工艺技术制造，ADP1613用于低成本SEPIC-uk拓扑，是ADAS3023在外部5 V电源供电情况下，为其提供20 mA时所需±15 V高压稳定电源以及最大值为3 mV的低输出纹波的理想选择。ADP1613尽可能地减少了外部元器件数目，并且具有超过86%的效率，因此它能满足ADAS3023的规格要求。集成8通道、低泄漏、采样保持、可编程增益仪表放大器级，具有高共模抑制特性，提供4个差分输入范围、一个精密低漂移4.096 V基准电压源和缓冲器，以及一个16位电荷再分配逐次逼近型寄存器模数转换器。使用±15 V电源时，ADAS3023能解析的差分输入范围高达±20.48 V，ADAS3023在各通道输入与公共参考之间使用差分输入结构，所有通道同时采样。显示了这些输入的等效电路。二极管为模拟输入和COM提供针对高压电源的ESD保护。应确保模拟输入信号不超过供电轨0.3 V以上，否则会造成二极管正偏，并开始传导电流。超出绝对最大额定值的电压可能导致ADAS3023永久性损坏。

电路原理

采集系统电路设计

ADP1613用于低成本SEPIC-uk拓扑，是ADAS3023在外部5 V电源供电情况下，为其提供20 mA时所需±15 V高压稳定电源以及最大值为3 mV的低输出纹波的理想选择。ADP1613尽可能地减少了外部元器件数目，并且具有超过86%的效率，因此它能满足ADAS3023的规格要求。如图为采集系统电路设计。

等效模拟输入电路设计

在各通道输入（IN0至IN7）与公共参考（COM）之间使用差分输入结构，所有通道同时采样。图39显示了这些输入的等效电路。二极管为模拟输入（IN0至IN7）和COM提供针对高压电源（VDDH和VSSH）的ESD保护。应确保模拟输入信号不超过供电轨0.3 V以上，否则会造成二极管正偏，并开始传导电流。超出绝对最大额定值的电压可能导致ADAS3023永久性损坏。

内部基准电压源设计

精确的内部基准电压源经过工厂调整，适合大部分应用。将CFG寄存器中的REFEN位置1（默认值）则使能内部基准电压源，并可在REF1和REF2引脚上产生4.096 V电压；该输出电压用作主要的系统基准电压。未经缓冲的2.5 V（典型值）带隙基准电压输出至REFIN引脚，需采用外部10 μF和0.1 μF电容的并联组合以降低输出端噪声。REFIN的电流输出有限，如果后接一个适当的缓冲器，如AD8031等，则它可以用作一个源。由于内部放大器使用固定增益，REFIN输出的负载过高会降低4.096 V系统的基准电压。内部基准电压输出经过调整后达到预期的4.096 V，初始精度为±8 mV。基准电压还经过温度补偿，典型温漂为±5 ppm/°C。使用内部基准电压源时，ADAS3023应按照图42所示进行去耦。REF1和REF2连接均短接在一起，并利用REFIN输出和RCAP内部调节电源上的适当去耦电容去耦。

外部基准电压源和内部缓冲器设计

当采用通用系统基准电压源，或者要求具有更佳的漂移性能时，则需使用外部基准电压源和内部缓冲器。将REFEN位设置为0便可禁用内部带隙基准电压源，允许用户向REFIN引脚提供外部基准电压（典型值为2.5 V）。内部缓冲器保持使能状态，因此无需使用外部缓冲器放大器，即可产生主要的系统基准电压。当REFIN = 2.5 V且REF1、REF2输出4.096 V时，这将是系统的主要基准电压。就本配置而言，如图43所示连接外部基准电压源。由于内部缓冲器可处理ADAS3023基准电压要求的动态变化，因此任何2.5 V的基准电压均可用于此配置。

外部基准电压源设计

对于需要精确、低漂移、4.096 V基准电压的应用，可以使用外部基准电压源。在这种模式下，禁用内部缓冲器需要将REFEN置位为0，并将REFIN驱动或连接至AGND，因此需要硬件和软件两种控制。若仅驱动REF1和REF2引脚但却没有禁用内部缓冲器，则会导致驱动放大器的输出端发生源电流/吸电流冲突。将4.096 V精密基准电压源直接连到REF1和REF2，以作为系统的主基准电压（参见图44）；推荐两种基准电压源ADR434或ADR444。若使用运算放大器作为外部基准电压源，则在驱动容性负载方面需多加留意。

内核电源设计

AVDD和DVDD引脚分别为ADAS3023的模拟和数字内核供电。这些电源需要足够的去耦，每个电源上至少包括一个10 F电容和100 nF电容。100 nF电容应尽可能靠近ADAS3023。为了减少所需电源的数量，DVDD可以通过一个简单的RC滤波器（连接在AV D D与DVDD之间）从模拟电源供电。

编者结语

ADAS3023通过消除信号缓冲、电平转换、放大/衰减、共模抑制、建立时间简化了设计挑战，也避免了其他模拟信号调理挑战，同时实现更小的尺寸、更短的上市时间和更低的成本。可编程增益ADAS3023集成一个可编程增益仪表放大器（PGIA），它具有四个可选范围。PGIA设置由一个输入引脚和COM引脚上的最大绝对差分输入电压确定。上电与默认条件预设为±20.48 V （PGIA = 11）输入范围。由于ADAS3023能够采用任何输入类型，比如双极性单端或伪双极性等，因此必须设置PGIA以充分利用器件允许的输入范围。您觉得这一款完整的16位逐次逼近型模数转换器性能如何，在未来电子设计中还有什么需要改进的地方？