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CN0201 完整的5 V单电源8通道多路复用数据采集系统，集成用于工业级信号的PGIA
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2021-06-04
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CN0201 其它外部4.096 V基准电压源可与 ADAS3022一同使用，如ADR444和ADR4540。若需要，可使用AD8031或AD8605运算放大器作为外部基准电压缓冲器。
应参考 ADAS3022 数据手册，获取有关内部或外部基准电压源和基准电压缓冲器的更多使用建议。
ADP1612/ADP1613/ADP1614是升压、DC-DC转换器，集成电源开关，可提供最高20 V的输出电压。当ADP1613用作SEPIC-Cuk转换器时，其电流输出能力最高为60 mA。ADP1614提供最高120 mA的电源。利用 ADIsimPower 设计工具可进行完全定制设计，并通过单个控制器的低成本SEPIC-Cuk拓扑快速创建稳定的双路供电轨。 该电路使用ADI的ADP1613评估板、EVAL-ADAS3022EDZ评估板以EVAL-CED1Z转换器评估和开发板测试，连接方式见图4。7 V壁式电源连接至 EVAL-CED1Z外部5 V电源连接至 ADP1613 评估板。
EVAL-ADAS3022EDZ是一款用户评估板，用以简化16位ADAS3022完整DAS的独立性能和功能测试。ADP1613评估板通过ADP161x SEPIC-Cuk可下载设计工具搭建， ADIsimPower提供该工具。
图3. 使用EVAL-CED1Z评估板和软件的ADAS3022 FFT输出
EVAL-CED1Z板是一种使用ADI精密转换器的系统评估、演示和开发平台。它提供转换器和PC之间所需的通信，编程或控制器件，通过USB线收发数据。
设备要求
需要使用以下设备：
ADAS电路评估板和软件 ( EVAL-ADAS3022EDZ)
转换器评估和开发板( EVAL-CED1Z)
ADP1613提供的ADP1613评估板
Audio Precision SYS-2702
PC/笔记本电脑(Windows 32位或64位)
USB 接口电缆(1)和AP电缆(1)
7V/2 A直流壁式电源，为EVAL-CED1Z板供电
5 V/100 mA直流电源，为 ADP1613 评估板供电。
功能框图
测试设置的功能框图如图4所示。ADP1613 评估板由外部+5 V电源驱动，产生ADAS3022板所需的±15 V电压。7V直流壁式电源为EVAL-CED1Z板供电。EVAL-CED1Z板上的稳压器提供ADAS3022板所需的5V电源。运行交流测试时，采用Audio Precision SYS-2702产生低失真输入信号。
软件安装
ADAS3022评估套件包括一张光盘，其中含有自安装软件。该软件兼容Windows XP和Windows 7(32位和64位)。如果安装文件未自动运行，可以运行光盘中的setup.exe文件。
若要安装软件，执行下列步骤：
请先安装评估软件，再将ADAS3022评估板和EVALCED1Z板连接到PC的USB端口，确保PC能够正确识别评估系统。
光盘文件安装完毕后，将EVAL-CED1Z板连接到ADAS3022评估板，然后按照UG-484的“电源”部分所述为EVAL-CED1Z接通电源，然后利用附送的电缆连接到PC的USB端口。
检测到评估系统后，确认出现的所有对话框。这样就完成了安装。
如前文图3中所示，该软件可采集并处理FFT数据。请参考UG-484用户指南，获取有关EVAL-ADAS3022EDZ测试设置的完整信息。
欲详细了解参数定义以及如何计算信噪比(SNR)、总谐波失真(THD)和信纳比(SINAD)，请参阅ADAS3022数据手册中的“术语”部分和以下文献：数据转换手册第5章“测试数据转换器”，ADI公司。
图4. 测试设置功能框图
ADAS3022 是首款单芯片上完整的DAS，能够以最高1 MSPS的速率进行转换，并接受最高±24.576V的差分模拟输入信号。该器件需使用高压双极性电源：±15 V(VDDH和VSSH)、+5 V(AVDD和DVDD)、以及+1.8 V至+5 V (VIO)。
ADAS3022无需使用标准解决方案中的信号缓冲、电平转换、放大、噪声抑制以及其它模拟信号调理，简化了精密16位、1 MSPS DAS的设计难题。此外，ADAS3022以更高的数据速率、更小的尺寸、更快的产品上市时间、以及更低的价格，提供更佳的时序和噪声性能。
ADAS3022内部集成PGIA，可设置增益为0.16、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2和6.4，并且它能够处理的全差分输入范围分别为±24.576 V、±20.48 V、±10.24 V、±5.12 V、±2.56 V、±1.28 V和±0.64 V。输入范围参考内部4.096 V基准电压源。
相对于COM引脚上的输入电压，它可测量伪差分、单极性和双极性的输入范围。
图1所示电路中，外部基准电压由4.096V ADR434提供。ADR434具有高精度、低功耗(工作电流为800μA)、低噪声、±0.12%最大初始误差以及出色的温度稳定性等特性。无论在具有高带宽要求的电池供电系统中，还是元件密度高且要求较低功耗的高速系统中，用于缓冲外部基准电压的AD8032低功耗运算放大器都是理想的选择。
ADAS3022 数字接口由异步输入(CNV、RESET、PD和BUSY)以及兼容SPI、FPGA或DSP用于回读转换结果回读和编程配置寄存器的4线式串行接口(span style="text-decoration: overline;">CS、SDO、SCK和DIN)组成。
ADP1613 电源设计
ADP1613用作单端初级原边电感(SEPIC) Cuk转换器，是 ADAS3022 在外部5 V电源供电情况下，为其提供20 mA时所需±15 V高压电源以及最大值为3 mV的低输出纹波的理想选择。本应用中，ADP1613的开关频率为1.3 MHz。如图2所示，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ADAS3022的规格要求。在该拓扑中使用低成本ADP1613的最大优势，是它在两条供电轨之间的出色跟踪能力，同时使用现成的耦合电感可产生±15 V电压。除此之外，还能通过 ADIsimPower设计工具轻松快捷地完成设计制造。
图2. ADP1613的效率(POUT/PIN)与输出电流(IOUT)的关系
图1所示电路采用ADP161x SEPIC-Cuk可下载设计工具中的下列输入进行设计，ADIsimPower提供该设计工具：
VINMIN = 4.75 V
VINMAX = 4.99 V
VOUT = 15 V
VRIPPLE = 0.02%
环境温度 = 55°C
针对最低成本优化
外部滤波器选项
注意， ADP1613的SW引脚上的最大电压为：VIN + VOUT = 20 V，低于其21 V的绝对最大电压规格。针对大于等于5 V的输入电压，设计工具建议使用由SW引脚驱动的串接N沟道MOSFET。由于具有1 V的安全裕量，对于最高5.25 V输入、15 V输出而言，该电路无需使用FET。因此，设计工具中所用输入电压设为4.99 V。可在 CN0201-设计支持包中找到ADP1613 SEPIC-Cuk转换器的设计结果。
动态性能
图3表示存在交流输入信号的情况下， ADAS3022 的典型动态性能。试验中，分别采用线性±15 V台式电源和 ADP1613评估板的±15 V输出驱动ADAS3022，未观察到有交流或直流性能的差异。 CN0201 图1所示电路是一款高度集成、16位、1 MSPS、多路复用、8通道、灵活的数字采集系统(DAS)，集成可编程增益仪表放大器(PGIA)，能够处理全范围工业级信号。
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