用于±10 V输入的完全隔离式数据采集系统解析

　连接/参考器件
　　AD8606/精密、低噪声、双通道CMOS、轨到轨输入/输出运算放大器
　　AD7091R/ 1 MSPS、超低功耗、12位ADC
　　ADuM5401/集成DC/DC转换器的四通道2.5 kV隔离器
　　12位、300 kSPS、单电源、完全隔离式数据采集系统，用于±10 V输入
　　电路评估板
　　CN0335电路评估板（EVAL-CN0335-PMDZ）
　　SDP/PMD转接板（SDP-PMD-IB1Z）
　　系统演示平台（EVAL-SDP-CB1Z）
　　电路功能与优势
　　图1所示电路是只采用了三个有源器件的完全隔离式12位、300 kSPS数据采集系统。
　　该系统采用3.3 V单电源供电，可处理±10 V输入信号。室温校准后，在±10°C温度变化范围内的总误差不超过±0.1% FSR，是各种工业测量应用的理想之选。
　　该电路的小巧尺寸使得该组合成为业界领先的数据采集系统解决方案，在这种系统中精度、速度、成本和尺寸极为关键。数据和电源相互隔离，因而该电路具有出色的高电压耐受性，同时还能有效避免恶劣工业环境下常见的接地环路干扰问题。
　　
　　图1.±10 V隔离式单电源数据采集系统（未显示所有连接和去耦）
　　电路描述
　　该电路由一个输入信号调理级、一个ADC级和一个输出隔离级构成。±10 V输入信号由U1A运算放大器进行电平转换和衰减，该运算放大器是双通道AD8606的一半。该运算放大器的输出为0.1 V至2.4 V，与ADC的输入范围相匹配（0 V至2.5 V），裕量为100 mV用于维持线性度。来自ADC的缓冲基准电压（VREF =2.5 V）用于生成所需失调。可以修改电阻值，以适应本电路笔记后面部分所述的其他常用输入范围。
　　该电路设计支持单电源供电。AD8606的最小额定输出电压为50 mV（2.7 V电源）和290 mV（5 V电源），负载电流为10 mA，温度范围为-40°C至+125°C.在3.3 V电源、负载电流低于1 mA、温度范围更窄的情况下，保守估计最小输出电压为45 mV至60 mV.
　　考虑到器件的容差，最小输出电压（范围下限）设为100 mV，以提供安全裕量。输出范围的上限设为2.4 V，以便为ADC输入端的正摆幅提供100 mV的裕量。因此，输入运算放大器的标称输出电压范围为0.1 V至2.4 V.