適用于高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器了解一下

市場(chǎng)對(duì)工業(yè)應(yīng)用的需求與日俱增，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是其中的關(guān)鍵設(shè)備。它們通常用于檢測(cè)溫度、流量、液位、壓力和其他物理量，隨后將這些物理量對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為高分辨率的數(shù)字信息，再由軟件做進(jìn)一步處理。此類系統(tǒng)對(duì)精度和速度的要求越來(lái)越高，這些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由放大器電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)組成，其性能對(duì)系統(tǒng)具有決定性的影響。

然而，ADC的輸入驅(qū)動(dòng)器也會(huì)影響整體精度，該驅(qū)動(dòng)器用于緩沖和放大輸入信號(hào)。此外，還必須增加偏置信號(hào)或生成全差分信號(hào)，以覆蓋ADC的輸入電壓范圍并滿足其共模電壓要求，在此過(guò)程中不得改變?cè)夹盘?hào)。可編程增益儀表放大器(PGIA)通常用作輸入驅(qū)動(dòng)器。在本文中，我們提出了一種輸入驅(qū)動(dòng)器和ADC的組合，通過(guò)這種組合可以實(shí)現(xiàn)非常精確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，從而構(gòu)建高質(zhì)量的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

例如，LTC6373就是一款適用于高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的PGIA，除了全差分輸出，它還具有高直流精度、低噪聲、低失真（見(jiàn)圖2）以及4 MHz的高帶寬，增益為1/4~16。ADC可以通過(guò)它直接驅(qū)動(dòng)，因此適合許多信號(hào)調(diào)理應(yīng)用。

圖1中的電路顯示了使用LTC6373來(lái)驅(qū)動(dòng)精密ADC的示例，ADC是具有1.8 MSPS的20位分辨率的AD4020。

圖1. 驅(qū)動(dòng)精密ADC的電路示例。

在該電路中，LTC6373在輸入端和輸出端直流耦合，因而不需要使用變壓器來(lái)驅(qū)動(dòng)ADC。增益可通過(guò)引腳A2/A1/A0在0.25 V/V至16 V/V 之間進(jìn)行設(shè)置。在圖1中，LTC6373采用差分輸入至差分輸出配置和±15 V對(duì)稱電源電壓?；蛘?，輸入也可以是單端輸入，而輸出仍然是差分輸出。

在圖1中，輸出共模電壓通過(guò)VOCM引腳設(shè)置為VREF/2。這樣就可實(shí)現(xiàn)LTC6373的輸出電平轉(zhuǎn)換。LTC6373的每個(gè)輸出在0 V至VREF之間變化，因此在ADC輸入端有一個(gè)2× VREF幅度的差分信號(hào)。LTC6373的輸出端和ADC輸入端之間的RC網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)單極點(diǎn)低通濾波器，它可降低在ADC輸入端切換電容時(shí)產(chǎn)生的電流毛刺。同時(shí)，低通濾波器限制了寬帶噪聲。

圖2. 使用LTC6373驅(qū)動(dòng)AD4020的SNR（左）和THD（右）性能。

圖2顯示LTC6373的信噪比(SNR)和總諧波失真(THD)，其在整個(gè)輸入電壓范圍(10V p-p)內(nèi)驅(qū)動(dòng)AD4020 SAR ADC（高阻態(tài)模式）。在吞吐量為1.8 MSPS，濾波器電阻(RFILTER)為442 Ω時(shí)可獲得比較滿意的效果。在1 MSPS或0.6 MSPS時(shí)，制造商建議RFILTER為887 Ω。 

LTC6373可驅(qū)動(dòng)大多數(shù)具有差分輸入的SAR ADC，不需要另外增加 ADC驅(qū)動(dòng)器。但是，在某些應(yīng)用中，在LTC6373和精密ADC之間可以使用單獨(dú)的ADC驅(qū)動(dòng)器來(lái)進(jìn)一步提高信號(hào)鏈的線性度。

結(jié)論

圖1中所示的電路針對(duì)快速、高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。因此，LTC6373的出色特性有助于對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理。借助在線工具ADI Precision Studio，特別是其中包含的ADC驅(qū)動(dòng)器工具，ADI公司可以為此類放大級(jí)、濾波器和線性電路設(shè)計(jì)提供更多支持。

LTC6373

●   可編程增益引腳： 

G = 0.25，0.5，1，2，4，8，16V/V+關(guān)斷

●   全差分輸出

●   增益誤差：0.012%（最大值）

●   增益誤差漂移：1ppm/°C（最大值）

●   CMRR：103dB（最小值），(G=16)

●   輸入偏置電流：25pA（最大值）

●   輸入失調(diào)電壓：92μV（最大值），G=16

●   輸入失調(diào)電壓漂移：1.7μV/°C（最大值），G=16

●   –3dB 帶寬：4MHz，G=16

●   輸入噪聲密度：8nV/√Hz，G=16

●   壓擺率：12V/μs，G=16

●   可調(diào)共模輸出電壓

●   靜態(tài)電源電流：4.4mA

●   電源電壓范圍：±4.5V~±18V

●   額定溫度范圍為 –40°C~125°C

●   小型12引腳 4mm×4mm DFN (LFCSP) 封裝