电流隔离、双通道、16位、同步采样、菊花链连接的数据采集系统 电路方案

一、电路特性 本电路为高速、高精度、同步采样模数转换应用提供电流隔离,如图1所示。16位PulSAR ADC AD7685 是一款多功能器件,支持通过菊花链监控多个通道。基于运算放大器 AD8615的输入电路对±10 V工业信号进行电平转换、衰减和缓冲,以满足ADC的输入要求。这个灵活的电路包括一个精密基准电压源ADR391 和两个四通道数字隔离器ADuM1402 ,以便为常见的工业数据采集应用提供紧凑且具成本效益的解决方案。 图1 二、电路描述 AD7685是一款16位、电荷再分配、逐次逼近型(SAR)模数转换器(ADC),采用2.3 V至5.5 V单电源(VDD)供电。它内置一个低功耗、高速、16位无失码、无流水线延迟的采样ADC、一个内部转换时钟和一个多功能串行接口端口,还集成了一个低噪声、宽带宽、短孔径延迟的采样保持电路。在CNV上升沿,它对IN+与IN-之间的模拟输入电压差进行采样,范围从0 V至VREF。基准电压VREF由外部提供,范围从0.5 V至VDD。图1所示电路采用4.5 V基准电压。 AD7685的功耗与采样速率成线性比例关系。VDD = 5 V且采样速率为250 kSPS时,最大功耗为15 mW。AD7685采用10引脚MSOP封装或10引脚QFN(LFCSP)封装,工作温度范围为−40°C至+85°C。SPI兼容串行接口还能够利用SDI输入,将几个ADC以菊花链形式连结到单条三线式总线上,或提供一个可选的繁忙(BUSY)指示功能。它采用独立的VIO电源引脚,与1.8V、2.5V、3V或5V逻辑兼容。 完整的模拟信号链采用5 V单电源供电。低压差2.5 V基准电压源ADR391和U13轨到轨CMOS运算放大器AD8615,产生ADC所用的4.5 V基准电压。4.5 V基准电压在U13的输出端提供0.5 V裕量,因此,在5 V电源的标称变化范围内,运算放大器始终保持在线性区域内工作。ADR391 2.5 V输出由U13的噪声增益(1 + R4/R5)放大。对于所选的R4和R5值,噪声增益为1.8,因此基准电压为1.8 × 2.5 V = 4.5 V。 U4和U14运算放大器AD8615提供0.225的信号增益(由R1与R2和R19与R20的比值设置),将20 V p-p的输入信号幅度降至ADC输入端的4.5 V p-p。对于0 V输入,U4和U14的输出端需要2.25 V偏移,这就要求U4和U14同相输入端的共模电压为1.84 V,该电压由电阻分压器R3-R6产生。 U4和U14输出端的R-C网络(33 Ω、2.7 nF)形成一个带宽为1.8 MHz的单极点噪声滤波器。 AD8615是一款CMOS轨到轨输入和输出、单电源放大器,具有极低失调电压、宽信号带宽以及低输入电压和电流噪声等特性。该器件采用DigiTrim:registered:专利调整技术,无需激光调整便可达到出色的精度。AD8615采用2.7 V至5 V单电源供电。 20 MHz以上的带宽、低失调、低噪声和低输入偏置电流特性的结合,使该放大器适合各种应用。滤波器、积分器、光电二极管放大器和高阻抗传感器等器件均可受益于这些特性组合。宽带宽和低失真特性则有益于交流应用。在DigiTrim系列中,AD8615提供最高的输出驱动能力,是音频线路驱动器和其它低阻抗应用的理想选择。 该器件的具体应用包括:便携式和低功耗仪器仪表、便携式设备的音频放大、便携式电话耳机、条形码扫描器以及多极点滤波器。它还具有轨到轨输入与输出摆幅能力,因而设计人员可以在单电源系统中缓冲CMOS ADC、DAC、ASIC及其它宽输出摆幅器件。 ADR391是一款微功耗、低压差基准电压源,可利用仅比输出电压高出300 mV的电源提供稳定的输出电压。先进的设计无需外部电容,可进一步节省电路板空间、降低成本。ADR391精密基准电压源具有低功耗、小尺寸和易于使用的特点,非常适合电池供电应用。该器件利用ADI公司的温度漂移曲率校正专利技术,可在TSOT封装中实现9 ppm/°C的低温漂特性。 ADuM1402是一款采用ADI公司iCoupler:registered:技术的四通道数字隔离器。该隔离器件将高速CMOS与单芯片空芯变压器技术融为一体,具有优于光耦合器等替代器件的出色性能特征。 iCoupler 器件不用LED和光电二极管,因而不存在一般与光耦合器相关的设计困难。简单的iCoupler数字接口和稳定的性能特征,可消除光耦合器通常具有的电流传输比不确定、非线性传递函数以及温度和使用寿命影响等问题。 这些iCoupler产品不需要外部驱动器和其它分立器件。此外,在信号数据速率相当的情况下,iCoupler器件的功耗只有光耦合器的1/10至1/6。 ADuM1402隔离器提供四个独立的