如何使用单个运算放大器来驱动8信道数据采集系统中的ADC

电机控制设计加油站 2018-11-29 4861

描述

影响数据采集系统的主要因素包括：速度、精度、功耗、封装尺寸和元件成本，其中哪些会成为关键因素取决于应用场合。本文介绍如何使用单个运算放大器来驱动 8 信道数据采集系统中的 ADC，从而减少整个系统的成本和尺寸。

AD7329 八信道、12 位加符号位、1 MSPS ADC 拥有真正的双极输入以及四个可独立编程、可通过软件选择的输入范围：±4×VREF、±2×VREF、±VREF 和 0-to-4×VREF。它采用灵活的设计，经配置后可以满足各种各样的应用需求。如图 1 所示，AD7329 由 8 信道多路复用器以及随后的采样保持和逐次逼近 ADC、信道序列器、2.5 V 基准电压源和 SPI 兼容接口组成。

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图 1. AD7329 功能框图

模拟输入信道通过多路复用器路由至 MUXOUT+ 和 MUXOUT– 引脚。ADCIN+ 和 ADCIN– 引脚连接到采样保持输入开关 (R1) 和采样电容器 (C2)，如图 2 所示。需要注意的是，输入源必须提供所需的电流以驱动 ADC 输入，并在 ADC 的 300 ns 采样时间内建立所需的精度。当采样保持开关从“保持”变为“采样”时，ADC 产生的瞬时反冲会影响输入源。在以最高采样速率运行的应用中，可能需要一个输入缓冲放大器来驱动 ADC，从而将输入源与采样保持开关隔离开来。

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图 2. AD7329 模拟输入结构—单端模式

AD7329 的设计非常灵活，允许在 MUXOUT+ 和 ADCIN+ 引脚之间放置一个运算放大器。在图 3 中，超低噪声、超低失真的 AD797 运算放大器将输入源与 AD7329 的输入结构隔离开来，增加了输入阻抗并减小了驱动 ADC 所需的电流。此配置还允许单个运算放大器以最大的采样频率驱动八个模拟输入信道，因此减少了元件数量、板面积和系统成本。

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图 3. MUXOUT 和 ADCIN 之间的缓冲器增加了输入阻抗

通过配置运算放大器以实现增益，如图 4 所示，使得 AD7329 能够适应毫伏范围内的信号，同时保持出色的性能。微弱信号由 AD797 放大，并将经过放大的信号应用于 ADCIN+。为了实现最佳性能，可以选择增益，以便满度输入信号使用 ADC 的完整动态范围。

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图 4. MUXOUT 和 ADCIN 之间的增益级有利于毫伏输入

表 1 显示了在 ±10 V 范围内获得的性能和增益（采用 10 kHz 输入和 1 MSPS 采样速率）。值得注意的是，在增益为 1000 时，转换器还可以实现大于 11 的有效位数 (ENOB) ，从而实现与 21 位 ADC 相当的动态范围。此外，图 3 中所示配置的所有优势也适用于此应用场合。

表 1. AC 性能和增益

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某些应用场合要求更改增益以适应具有不同信号幅度的输入信道。在这些情况下，可以采用 AD8250、AD8251、AD8253 等可编程增益仪表放大器 (PGIA) 来取代运算放大器。

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