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用于工业级信号的精密单电源差分ADC驱动器

2013年02月01日 14:36 次阅读

电路功能与优势

标准单端工业信号电平(±5 V、±10 V或0 V至+10 V)与现代高性能16位或18位单电源SAR型ADC的差分输入范围并不直接兼容,需要使用适当的接口驱动电路对工业信号进行衰减、电平转换和差分转换,使其具有与ADC输入要求相匹配的正确幅度和共模电压。虽然可以利用电阻网络和双通道运放来设计适当的接口电路,但电阻的比率匹配误差和放大器之间的误差会形成最终输出端的误差。特别是在低功耗水平上,实现所需的输出相位匹配和建立时间可能非常困难。

图1所示电路采用差分放大器 AD8475 执行衰减、电平转换和差分转换,无需任何外部元件。其交流和直流性能兼容18位、1 MSPSAD7982 PulSAR® ADC以及该系列的其它16/18位产品,采样速率可高达4 MSPS。

AD8475是一款全差分衰减放大器,集成精密薄膜增益设置电阻,可提供精密衰减(0.4&TImes;或0.8&TImes;)、共模电平转换、单端差分转换及输入过压保护等功能。采用5 V单电源供电时,其功耗仅为15 mW。18位、1 MSPS AD7982的功耗仅为7 mW,比竞争产品低30倍。该组合的总功耗仅为22 mW。

图1. 单端转差分ADC驱动器(原理示意图:未显示去耦和所有连接)

电路描述

采用5 V单电源供电时,衰减放大器AD8475和18位差分ADC AD7982可以在高精度模拟前端系统中用于处理大电压信号。

AD8475通过其集成的精密调整电阻,将输入信号衰减0.4倍。采用5 V单电源时,它支持高达25 V峰峰值的电压。在低频时,差分轨到轨输出仅需50 mV的裕量。AD8475可以由真差分输入驱动,或者由单端输入驱动并提供单端差分转换,如图1所示。

AD8475与ADC之间的RC网络构成一个单极点滤波器,可降低不良混叠效应和高频噪声。该滤波器的共模带宽为29.5 MHz(20 Ω、270 pF),差分带宽为3.1 MHz(40 Ω、1.3 nF)。

AD7982是一款18位、逐次逼近(SAR)型ADC,采用单电源(VDD)供电。I/O接口电压VIO可以在1.8 V至5 V范围内设置,取决于接口逻辑电源。AD7892具有真差分输入端,支持高达±VREF 的电压。ADR435 是一款5 V、低噪声(8 μV峰峰值,0.1 Hz至10 Hz)、高精度(B级为±2 mV)基准电压源,用于提供AD7982的REF电压和差分驱动器AD8475的电源电压。

两个连接到ADR435输出端的10 kΩ电阻构成一个分压器,用于设置AD8475输出端的2.5 V共模电压(VOCM)。这使得输入差分信号以最佳共模输入电压为中心,从而最大化ADC的动态范围。

对于20 V峰峰值单端输入信号,各差分输出端产生一个摆幅为+0.5 V至+4.5 V、180°反相的信号。

将一个20 kHz、20 V峰峰值信号输入AD8475时,最终SNR为96.3 dBFS,THD为−112.3 dBFS;这两个参数均参考AD7982的满量程范围,如图2的FFT图所示。

FFT图下方表格所示的信号电平是在AD7982的输入端测得。此点的满量程范围为10 V峰峰值差分,反映到AD8475的输入端为25 V峰峰值。输入测试信号为20 V峰峰值,所产生的信号比ADC的满量程输入低2 dB。

 

图2. 20 kHz信号的FFT图,比满量程低2 dB,采样频率1 MSPS

注意在这些条件下,AD8475各输出端的摆幅为供电轨的±500 mV范围,由于它为轨到轨输出结构,因此仍能实现出色的失真性能。

此电路已利用AD8475评估板(EVAL-AD8475Z)和ADI公司的PulSAR评估板及软件进行过测试。EVAL-AD8475Z是一款客户评估板,旨在简化对AD8475性能和功能的独立测试。该评估板还能结合ADI公司的任何SAR转换器进行快速测试,其输出连接器能够直接与PulSAR评估板 (EVAL-AD76xx-CBZ) 的模拟输入连接器(SMB)相连。ADC转换器评估和开发板 (EVAL-CED1Z) 将该设置通过USB连接到一台PC,如图3所示。

AD8475的输入信号由Audio Precision® AP2700源提供。基于LabVIEW®的PulSAR评估软件可以用来控制Audio Precision输入信号,还能用来监控ADC的输入端和输出端。

Figure 3. SAR ADC Converter Evaluation Platform

图3. SAR ADC转换器评估平台。注意:AD8475差分放大器评估板连接到PulSAR ADC评估板的SMB模拟输入连接器

常见变化

经验证,采用图中所示的元件值,该电路能够稳定地工作,并具有良好的精度。可以使用ADI公司的其它模数转换器代替AD7982,以实现所需的最高性能。AD8475最高能够驱动18位、4 MSPS的ADC,性能下降幅度极小。采样速率较快的18位ADC包括 AD7984 (1.33 MSPS)和 AD7986 (2 MSPS)。差分16位ADC包括 AD7688 (500 kSPS)和 AD7693 (500 kSPS)。

AD8475也可以直接用来驱动单端或伪差分输入ADC。可以将AD8475的轨到轨输出端驱动到各供电轨的0.5 V范围内,而不会引起交流性能的明显下降。

通过驱动IN 0.8&TImes;输入端,AD8475也能提供0.8倍的差分衰减。其电源电压非常灵活,既可以采用3 V至10 V单电源供电,也可以采用最高±5 V的双电源供电。

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有时,手机信号不稳定经常导致心情波动大多动易怒等症状用“二排四试”法从根源上解决手机信号不稳定!

发表于 2017-12-07 09:13 4598次阅读
如何解决手机信号不稳定?

地铁信号系统频段选择分析与建议

现代社会是一个离不开无线电频谱的社会。小到手机、门禁卡、GPS导航终端,大到高铁地铁、宇宙飞船、通信...

发表于 2017-12-06 11:20 121次阅读
地铁信号系统频段选择分析与建议

应用于低速应用所需的 DAC的详细分析

当选择数模转换器 (DAC) 时,设计师可以从种类繁多的 IC 中选择。DAC 可以针对具体的应用划...

发表于 2017-12-06 06:38 275次阅读
应用于低速应用所需的 DAC的详细分析

模数转换器ADC分类及参数

 现在的软件、无线电、数字图像采集都需要有高速的A/D采样保证有效性和精度,一般的测控系统也希望在精...

发表于 2017-12-05 10:54 952次阅读
模数转换器ADC分类及参数

STM32的ADC采样频率及相应时间的确定

STM32 ADC 是一个12 位精度、 一种逐次逼近型模拟数字转换器。它有多达18个通道,可测量1...

发表于 2017-12-05 10:21 1220次阅读
STM32的ADC采样频率及相应时间的确定

STM32的ADC的采样周期确定

首先确定ADC 的时钟,这里需要看你的RCC的设置。在采用固件库的基础上,设定ADC的采样频率相对来...

发表于 2017-12-05 09:56 340次阅读
STM32的ADC的采样周期确定

基于 SAR ADC 工业控制系统的系统的详细分...

当今工业控制系统的设计目标在要求系统更快、更准确和更小的同时,还希望实现更低的功耗及更高的可靠性。此...

发表于 2017-12-04 06:31 266次阅读
基于 SAR ADC 工业控制系统的系统的详细分...

数字电源控制系统详细分析与应用

在数字电源的所有讨论中,必须区分两个关键的概念:功率控制和功率管理。Ericsson公司采用电源控制...

发表于 2017-12-04 04:51 232次阅读
 数字电源控制系统详细分析与应用

确保在信号最大时利用该 ADC 的整个满标度范围

凌力尔 特具 有 101dBSNR 的18位SA RADC 新 系列一定令你振奋吧,谁会不振奋呢?不...

发表于 2017-12-03 19:55 346次阅读
确保在信号最大时利用该 ADC 的整个满标度范围

SAR型ADC原理简析

逐次逼近寄存器型(SAR)模拟数字转换器(ADC)是采样速率低于5Msps (每秒百万次采样)的中等...

发表于 2017-12-03 12:16 567次阅读
SAR型ADC原理简析

基于ADC输出转换采样来生成 FFT图的详细分析

您可以通过周期性地收集大量的ADC输出转换采样来生成 FFT图。一般而言,ADC厂商们将一种单音、满...

发表于 2017-12-02 08:11 196次阅读
基于ADC输出转换采样来生成 FFT图的详细分析

DSP系统中信号完整性的实例分析

现在的高速数字系统的时钟频率可能高达数百兆Hz,其快斜率瞬变和极高的工作频率,以及很大的电路密集度,...

发表于 2017-12-01 17:24 168次阅读
DSP系统中信号完整性的实例分析

嵌入式系统的信号完整性理论分析

本文通过介绍信号完整性理论,对串扰和反射的成因进行探讨。利用Cadence公司的软件Specctra...

发表于 2017-12-01 17:16 147次阅读
嵌入式系统的信号完整性理论分析

基于ARM9和μC/OSII高速实时多任务数据采...

随着IT技术、电子技术、通信技术、以及自动控制技术的飞速发展,对工业现场数据的高速实时采集就成为电子...

发表于 2017-11-30 16:29 198次阅读
基于ARM9和μC/OSII高速实时多任务数据采...

基于51单片机系统的故障重现实验设计

电磁脉冲辐照效应实验方法 电磁脉冲对电予系统的辐照效应实验方法,简单地说就是将被测电子系统置于电磁脉...

发表于 2017-11-30 08:28 182次阅读
基于51单片机系统的故障重现实验设计

如何在STM32中得到最佳的ADC精度

STM32家族中的所有芯片都内置了逐次逼近寄存器型ADC模块.内部大致框架如下: 每次ADC转换先进...

发表于 2017-11-29 16:26 1098次阅读
如何在STM32中得到最佳的ADC精度

STM32L0X1超低功耗系列芯片引脚及特性分析

经常有人问起STM32有无小脚位封装的芯片,有啊! STM32F0系列就有20脚封装的,部分还支持U...

发表于 2017-11-29 16:10 621次阅读
STM32L0X1超低功耗系列芯片引脚及特性分析

基于STC15w408AS的电子时钟的设计

在前段时间小代在头条上发过一篇叫《如何用单片机设计一款电子产品》,里面提到我们以一个DIY电子时钟为...

发表于 2017-11-29 15:25 2176次阅读
基于STC15w408AS的电子时钟的设计

单电源运放减法电路设计与实现

所有的运算放大器都有两个电源引脚,一般在资料中,它们的标识是VCC+和VCC-,但是有些时候它们的标...

发表于 2017-11-27 16:13 1449次阅读
单电源运放减法电路设计与实现

交流信号隔离变送器基础知识

信号隔离变送器应用于各种二线制变送器信号输入回路,仪表对现场二线制变送器配电,并将直流输入信号转换成...

发表于 2017-11-27 15:38 333次阅读
交流信号隔离变送器基础知识

模拟信号的特点和分类

模拟信号是指用连续变化的物理量所表达的信息,如温度、湿度、压力、长度、电流、电压等等,我们通常又把模...

发表于 2017-11-27 14:59 231次阅读
模拟信号的特点和分类

AD模数转换的方法流程及实际应用简介

在工业控制和智能化仪表中,通常由微型计算机进行实时控制及实时数据处理。计算机所加工的信息总是数字量,...

发表于 2017-11-27 08:52 2634次阅读
AD模数转换的方法流程及实际应用简介

射频电路集成度应对多模手机设计挑战

为满足下一代蜂窝电话设计对更多特性、多模式及工作频率的需求,工程师们必须寻找提高射频前端集成度的途径...

发表于 2017-11-25 15:03 147次阅读
射频电路集成度应对多模手机设计挑战