從電氣化汽車、數(shù)字健康，到儀器儀表、智能工業(yè)、能源可持續(xù)性，以及任何高精度信號(hào)鏈中的嚴(yán)苛應(yīng)用，精密技術(shù)信號(hào)鏈都在其中發(fā)揮著重要的作用，一個(gè)好的精密技術(shù)信號(hào)鏈允許在各種設(shè)計(jì)權(quán)衡之間輕松變換，以為應(yīng)用創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)的終端解決方案。

為幫助工程師更好地選用產(chǎn)品、熟悉開發(fā)平臺(tái)并完成相關(guān)設(shè)計(jì)，ADI特別推出《精密測(cè)量解決方案》手冊(cè)，包含技術(shù)文章、產(chǎn)品速遞、培訓(xùn)信息等合計(jì)17條內(nèi)容。

01使用高精度儀表放大器進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)

儀表放大器(IA)是檢測(cè)應(yīng)用的主力。本文將探討一些利用儀表放大器的平衡和出色直流/低頻共模抑制(CMR)特性的方法，使得儀表放大器配合阻性傳感器(例如應(yīng)變計(jì))使用，傳感器與放大器在物理上分離。本文將提出一些提高此類增益級(jí)的抗噪性，同時(shí)降低其對(duì)電源變化和元件漂移的敏感性的方法。文章還會(huì)提供實(shí)測(cè)性能值和結(jié)果以展示精度范圍，方便最終用戶應(yīng)用進(jìn)行快速評(píng)估。 屏蔽雙絞線不是對(duì)長(zhǎng)電纜線路上的所有干擾都能抑制。在這種情況下，不能依靠?jī)x器的良好平衡輸入來消除CM影響。長(zhǎng)電纜拾取的干擾對(duì)放大器正負(fù)輸入的影響是不均衡的，而且輸入包含CMR無法消除的不相關(guān)信號(hào)。因此，如圖1所示，由于對(duì)CM噪聲(看似如此)的響應(yīng)不平衡，在電路輸出端發(fā)現(xiàn)明顯噪聲并不奇怪。

圖1.麻煩的放大器輸出端120Hz噪聲(0.1V/div，2 ms/div)。 為了從CM(直流和干擾)中成功提取很小的電橋差分電壓，一種解決方案是使用兩對(duì)屏蔽或非屏蔽雙絞線(UTP)。這樣，儀表放大器的兩個(gè)輸入實(shí)現(xiàn)均衡，受到的CM噪聲影響相同，諸如LT6370之類的器件具有出色的低頻CMR (120dB)，能夠可靠地抑制困擾IA輸入的噪聲。結(jié)果，即使在嘈雜的環(huán)境中，遠(yuǎn)距離輸出波形也很干凈。

圖2.使用兩根非屏蔽雙絞線進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè) 電橋傳感器遠(yuǎn)離信號(hào)處理放大器，需要儀表放大器來提取干凈的實(shí)測(cè)差分電壓。LT6370儀表放大器的特性使其能夠成功處理遠(yuǎn)程傳感器通過長(zhǎng)電纜傳來的信號(hào)。LT6370制造工藝在生產(chǎn)測(cè)試期間調(diào)用片內(nèi)加熱器來保證溫度漂移值，進(jìn)一步增強(qiáng)了LT6370對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用的適應(yīng)性，并延長(zhǎng)了其在難以維修的設(shè)備中的使用壽命和產(chǎn)品壽命。 …… 下載手冊(cè)閱讀全文，了解如何簡(jiǎn)化配置及計(jì)算

02復(fù)合放大器：高精度的高輸出驅(qū)動(dòng)能力

要開發(fā)的應(yīng)用似乎不存在解決方案是很正常的，甚至幾乎是情理之中的。為了滿足應(yīng)用要求，我們需要想出一種超出市場(chǎng)上現(xiàn)有產(chǎn)品性能的解決方案。例如，應(yīng)用可能需要具有高速、高電壓、高輸出驅(qū)動(dòng)能力的放大器，同時(shí)還可能要求出色的直流精度、低噪聲、低失真等。

滿足速度和輸出電壓/電流要求的放大器以及具有出色直流精度的放大器在市場(chǎng)上很容易獲得，事實(shí)上很多都是如此。但是，所有這些要求可能無法通過單個(gè)放大器來滿足。當(dāng)遇到這樣的問題時(shí)，有些人會(huì)認(rèn)為我們不可能滿足此類應(yīng)用的要求，我們必須滿足于平庸的解決方案，要么選用精密放大器，要么選用高速放大器，可能要犧牲一些要求。幸運(yùn)的是，這并非全然正確。對(duì)此，有一種解決方案是采用復(fù)合放大器，本文將說明它是如何實(shí)現(xiàn)的。

復(fù)合放大器由兩個(gè)獨(dú)立的放大器組成，其配置方式使得人們既能實(shí)現(xiàn)每個(gè)放大器的優(yōu)點(diǎn)，又能削弱每個(gè)放大器的缺點(diǎn)。

圖3. 簡(jiǎn)單復(fù)合放大器配置。

初遇復(fù)合放大器時(shí)，第一個(gè)問題可能是如何設(shè)置增益。為了解決這個(gè)問題，將復(fù)合放大器視為包含在大三角形內(nèi)的單個(gè)同相運(yùn)算放大器是有幫助的：想象大三角形是黑色的，我們無法看清里面的東西，那么同相運(yùn)算放大器的增益就是1 +R1/R2。揭開大三角形內(nèi)部的復(fù)合配置并沒有改變?nèi)魏螙|西，整個(gè)電路的增益仍然由R1和R2的比率控制。

圖4.復(fù)合放大器被視為單個(gè)放大器

與配置為相同增益的單個(gè)放大器相比，實(shí)現(xiàn)復(fù)合放大器的主要優(yōu)點(diǎn)之一是帶寬更寬。

03新一代SAR ADC

解決精密數(shù)據(jù)采集信號(hào)鏈設(shè)計(jì)的難點(diǎn)

許多應(yīng)用都要求采用精密數(shù)據(jù)采集信號(hào)鏈以數(shù)字化模擬數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精確采集和處理。精密系統(tǒng)設(shè)計(jì)師面臨越來越大的壓力，需要找到創(chuàng)新的辦法，提高性能、降低功耗，同時(shí)還要在小型PCB電路板上容納更高的電路密度。本文旨在討論精密數(shù)據(jù)采集信號(hào)鏈設(shè)計(jì)中遇到的常見難點(diǎn)，探討如何運(yùn)用新一代16位/18位、2MSPS、精密逐次逼近寄存器(SAR)ADC解決這些難點(diǎn)。

圖5. 典型的精密數(shù)據(jù)采集信號(hào)鏈。

要求精密數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用(如自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備、機(jī)械自動(dòng)化、工業(yè)和醫(yī)療儀器儀表)呈現(xiàn)出通常被認(rèn)為在技術(shù)上相沖突的共同趨勢(shì)。例如，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師被迫在性能上妥協(xié)，以維持緊張的系統(tǒng)功率預(yù)算，或者在電路板上保留較小的面積以實(shí)現(xiàn)高通道密度。這些精密數(shù)據(jù)采集信號(hào)鏈的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師在多個(gè)方面面臨著共同的挑戰(zhàn)：驅(qū)動(dòng)SAR ADC輸入;保護(hù)ADC輸入以使其免受過壓事件影響;用單電源降低系統(tǒng)功耗;用低功耗微控制器和/或數(shù)字隔離器實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)吞吐量等。

AD4000/AD4003系列是基于SAR架構(gòu)的快速、低功耗、單電源、16位/18位精密ADC。

圖6. AD4000/AD4003 ADC的主要優(yōu)勢(shì)。

AD4000/AD4003精密ADC系列將高性能與簡(jiǎn)單易用的特性獨(dú)特地結(jié)合在一起，可以降低系統(tǒng)復(fù)雜性，簡(jiǎn)化信號(hào)鏈BOM，并大幅縮短上市時(shí)間。借助該系列，設(shè)計(jì)師可以解決精密數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)技術(shù)挑戰(zhàn)，并且無需做出重大折衷。例如，留給用戶更長(zhǎng)的采集時(shí)間、高輸入阻抗(Z)模式和跨度壓縮模式等特性在AD4000/AD4003 ADC系列中的結(jié)合可以減少與ADC驅(qū)動(dòng)器級(jí)設(shè)計(jì)相關(guān)的挑戰(zhàn)，增加ADC驅(qū)動(dòng)器選擇的靈活性。這樣就可以降低系統(tǒng)總功耗，提高密度，縮短客戶設(shè)計(jì)周期。通過SPI接口寫入配置寄存器，可以使能/禁用多數(shù)簡(jiǎn)單易用的特性。注意，AD4000/AD4003 ADC系列與10引腳AD798x/AD769x ADC系列引腳兼容。

原文標(biāo)題：新鮮出爐!一套聚焦精密測(cè)量的解決方案

文章出處：【微信公眾號(hào)：亞德諾半導(dǎo)體】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

審核編輯：湯梓紅