CN0269 18位、1.33 MSPS、16通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

CN0269 18位AD7984采用10引腳MSOP或10引腳QFN (LFCSP)封裝。有很多其他的PulSAR ADC產(chǎn)品也采用這種封，辨率為14/16/18位，并提供各種采樣速率。 緩沖放大器的另一種選擇是? ADG12xx 。如果需要可編程增益，則AD8250、AD8251和AD8253的0.001%建立時間為685 ns。如果要求具有更低的電容，則可以使用ADG12xx系列多路復(fù)用器。 本電路使用??EVAL-CN0269-SDPZ 電路板和 EVAL-SDP-CB1Z SDP-B系統(tǒng)演示平臺控制器板。這兩片板具有120 引腳的對接連接器，可以快速完成設(shè)置并評估電路性能。EVA L-CN0269-SDPZ板包含要評估的電路，如本筆記所述。SDP-B控制器板與CN-0269評估軟件一起使用，可從EVA L-CN0269-SDPZ電路板獲取數(shù)據(jù)。 設(shè)備要求 需要以下設(shè)備： 帶USB端口的Windows? XP(32位)、Windows Vista?或Windows 7 PC EVAL-CN0269-SDPZ 電路板 EVAL-SDP-CB1Z SDP-B 控制器板 E VA L-CN0269-SDPZ評估軟件 6 V直流(500 mA)、±12 V(300 mA)電源 低失真信號發(fā)生器，提供±10 V輸出，頻率為直流至1 MHz 開始使用 將CN-0269評估軟件光盤放進(jìn)PC的光盤驅(qū)動器，加載評估軟件。打開 我的電腦找到包含評估軟件的驅(qū)動器。 功能框圖 完整的電路原理圖見EVAL-CN0269-SDPZ-SCH-RevX.pdf文件。此文件位于CN-0269設(shè)計支持包中：圖24顯示測試設(shè)置的功能框圖。 ? 圖24. 測試設(shè)置框圖 ? 設(shè)置 將EVAL-CN0269-SDPZ電路板上的120引腳連接器連接到EVAL-SDP-CB1Z控制器板(SDP-B)上的 CON A 連接。 在斷電情況下，將一個6 V和±12 V直流電源連接到板上標(biāo)有+6 V、±12 V和GND的引腳CN1、CN2。如果有6 V壁式電源適配器，可將其連接到板上的管式連接器，代替6 V電源。SDP-B板附帶的USB電纜連接到PC上的USB端口。此時請勿將該USB電纜連接到SDP-B板上的微型USB連接器。同時接通6 V和±12 V電源，然后將USB電纜連接到微型USB連接器。 測試 開啟6 V和±12 V電源后，啟動評估軟件程序。一旦建立USB通信，就可以使用SDP-B板來發(fā)送、接收、捕捉來自E VA L-CN0269-SDPZ板的串行數(shù)據(jù)，并在時域和頻域下進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以便評估整個電路的性能。 圖25顯示EVAL-CN0269-SDPZ評估板連接后的照片。有關(guān)SDP-B板的信息，請參閱 SDP-B用戶指南。 有關(guān)測試設(shè)置、校準(zhǔn)以及如何使用評估軟件來捕捉數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息，請參閱CN-0269 軟件用戶指南。 ? 圖25. EVAL-CN0269-SDPZ評估板 ? 針對原型開發(fā)的連接 EVAL-CN0269-SDPZ評估板設(shè)計為通過SPORT端口，與基于Black-Fin DSP的EVAL-SDP-CB1ZSDP-B板共同評估；但是，任何微處理器都可通過14引腳PMOD連接器連接AD7984的串行端口。為使另一個控制器能與EVAL-CN0269-SDPZ評估板一同使用，第三方必須開發(fā)相應(yīng)的軟件。 目前已有一些轉(zhuǎn)接板能實現(xiàn)與Altera或Xilinx現(xiàn)場可編程門陣列(FPGAs)的接口。利用Nios驅(qū)動器，Altera的BeMicro SDK板能配合BeMicro SDK/SDP轉(zhuǎn)接板一同使用。任何集成FMC連接器的Xilinx評估板均可與FMC-SDP轉(zhuǎn)接板一同使用。 圖1中的電路是一款經(jīng)典的多通道異步數(shù)據(jù)采集信號鏈，由多路復(fù)用器、放大器和ADC組成。 該架構(gòu)允許使用單個ADC對多通道進(jìn)行快速采樣，具有低成本和出色的通道間匹配性能。 通道間切換速度受限于信號鏈上多路復(fù)用器之后的多個元件建立時間，因為多路復(fù)用器會對下游放大器和ADC產(chǎn)生滿量程步進(jìn)電壓輸出。該電路的元件經(jīng)過精心挑選，最大程度降低建立時間，提升通道間切換速度。 器件選擇 ADG5208 多路復(fù)用器根據(jù)3位二進(jìn)制地址線所確定的地址，將8路輸入之一切換至公共輸出。ADG5236內(nèi)置兩個獨立可選的單刀雙擲(SPDT)開關(guān)。兩個ADG5208開關(guān)與一個ADG5236結(jié)合，允許16路單端通道或8路真差分通道過4位數(shù)字控制信號連接信號鏈的其余部分。 4位數(shù)字信號由4位二進(jìn)制增/減計數(shù)器產(chǎn)生，計數(shù)器的觸發(fā)信號與18位、1.33 MSPS AD7984 ADC的轉(zhuǎn)換(CNV)輸入是同一個信號。 AD8065 JFET 輸入運(yùn)算放大器帶寬為145 MHz，配置為單位增益緩沖器，可提供出色的建立時間性能和極高的輸入阻抗。AD8065還提供極低的阻抗輸出，驅(qū)動AD8475漏斗放大器的衰減級。 全差分信號鏈具有以下優(yōu)勢：良好的共模抑制性能和更少的二階失真產(chǎn)物。為了利用現(xiàn)代低壓差分輸入ADC處理±10 V工業(yè)電平信號，有必要使用衰減和電平轉(zhuǎn)換級。 AD8475是一款全差分衰減(漏斗)放大器，集成精密增益電阻，提供0.4倍或0.8倍的精密衰減、共模電平轉(zhuǎn)換和單端至差分轉(zhuǎn)換，以及輸入過壓保護(hù)等功能?？焖俳r間(0.001%建立時間為50 ns)以及低噪聲性能(10 nV/√Hz)使得AD8475非常適合用來驅(qū)動采樣速率最高為4 MSPS的18位差分輸入ADC。 本電路選取了AD7984——一款18位PulSAR? ADC，對單通道進(jìn)行采樣時，該器件能以1.33 MSPS的速率提供18位分辨率。但是，順序切換通道時，信號鏈上各種元件的建立時間限制了整體精度。例如，以250 kHz速率進(jìn)行通道間切換時，具有16位性能。 For a detailed timing and noise analysis of the circuit, please refer to the CN0269 PDF.? 測試結(jié)果直方圖 圖16顯示10,000個樣本的測試結(jié)果直方圖。測試時，將16路單端通道短接在一起，并與PCB的GND相連。注意，峰峰值噪聲約為12 LSB，包括輸入緩沖器。 圖16. 0 V輸入下的直流直方圖(采樣速率：1 MSPS，樣本數(shù)：10,000) ? 交流測試結(jié)果 在系統(tǒng)級執(zhí)行交流性能測試，AD7984采樣速率為300 kSPS，由1051 B&K型正弦發(fā)生器提供2.5 V峰峰值、10.675 kHz的輸入正弦波信號。電路在通道4上連續(xù)采樣，不包括輸入緩沖器的效應(yīng)。FFT顯示SNR = 91.33 dBFS。 圖17. Kaiser窗口(參數(shù) = 20)、2.5 V p-p、10.675 kHz輸入、300 kSPS采樣速率下通道4的FFT(無輸入緩沖器) ? 開關(guān)速度和建立時間測試結(jié)果 下圖顯示建立時間性能。實驗室測試設(shè)置如圖18所示。 圖18. 開關(guān)速度和建立時間的實驗室測試設(shè)置 ? CN-0269評估板配置為16通道單端輸入模式，8個奇數(shù)通道短接在一起，8個偶數(shù)通道短接在一起。 一組電池用于產(chǎn)生不同的直流輸入電壓，實現(xiàn)低噪聲和低阻抗性能。 奇數(shù)和偶數(shù)通道連接至不同的電壓。LabVIEWTM軟件控制EVAL-SDP-CB1Z間參數(shù)，并在輸入通道間連續(xù)切換。開關(guān)速率范圍為100 Hz至1 MHz，以1 kHz為增量。每種開關(guān)速率下獲取10個樣本，并對結(jié)果求均值。開關(guān)速率最低的平均值用作參照點。對10個樣本和參照值求差值，即可計算每種開關(guān)速率下的誤差。測試結(jié)果如圖19和圖23所示。 圖中，2 LSB誤差對應(yīng)于17位建立時間，而4 LSB誤差對應(yīng)于16位建立時間。 圖19. 16通道單端、14 V階躍下的誤差與開關(guān)速率的關(guān)系(無前置緩沖器) ? 圖20. 8通道差分模式、14 V階躍下的誤差與開關(guān)速率的關(guān)系(無輸入緩沖器) ? 圖21. 16通道單端模式、14 V階躍下的誤差與開關(guān)速率的關(guān)系(無輸入緩沖器) ? 圖22. 8通道差分模式、14 V階躍下的誤差與開關(guān)速率的關(guān)系(有前置緩沖器) ? 圖23. 8通道差分模式、2 V階躍下的誤差與開關(guān)速率的關(guān)系(有輸入緩沖器) ? 如上圖所示，可以看出，在低于1 MHz的開關(guān)速率下，帶有輸入緩沖器的電路比不帶前置緩沖器的電路具有更佳的建立時間性能。 圖21、圖22和圖23顯示連接輸入緩沖器后，電路以高于250 kHz的通道間開關(guān)速率建立至16位的情況。 CN0269 18位、1.33 MSPS、16通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 圖1顯示的是高性能工業(yè)信號電平多通道數(shù)據(jù)采集電路，已針對快速通道間切換進(jìn)行了優(yōu)化。該電路能以最高18位分辨率處理16通道單端輸入或8通道差分輸入。 單通道采樣速率高達(dá)1.33 MSPS，分辨率為18位。所有輸入通道的通道間切換速率為250 kHz，具有16位性能。 信號處理電路與簡單的4位增/減二進(jìn)制計數(shù)器結(jié)合，提供無需FPGA、CPLD或高速處理器即可實現(xiàn)通道間切換的簡單、高性價比方案。可編程設(shè)置計數(shù)器，使其遞增或遞減計數(shù)，實現(xiàn)順序采樣多個通道；也可加載固定的二進(jìn)制字，用于單通道采樣。 本電路是多通道數(shù)據(jù)采集卡的理想解決方案，可用于多種工業(yè)應(yīng)用，包括過程控制和電力線監(jiān)控。 圖1. 多通道數(shù)據(jù)采集電路原理示意圖：未顯示所有元件、連接和去耦 ? CN0269 CN0269 | circuit note and reference circuit info 18位、1.33 MSPS、16通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) | Analog Devices 圖1顯示的是高性能工業(yè)信號電平多通道數(shù)據(jù)采集電路，已針對快速通道間切換進(jìn)行了優(yōu)化。該電路能以最高18位分辨率處理16通道單端輸入或8通道差分輸入。

單通道采樣速率高達(dá)1.33 MSPS，分辨率為18位。所有輸入通道的通道間切換速率為250 kHz，具有16位性能。

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• 18位、16通道數(shù)據(jù)采集
• 16路單端、8路差分輸入
• 1.33MSPS采樣速率
• 250kHz通道開關(guān)速率

(analog)