电路笔记 CN-0201 连接/参考器件 ADAS3022 Circuits from the Lab™ reference circuits are engineered and tested for quick and easy system integration to help solve today’s analog, mixed-signal, and RF design challenges. For more information and/or support, visit www.analog.com/CN0201. 16位、1 MSPS、8通道数据采集系统 650 kHz/1.3 MHz升压PWM DC-DC 开关转换器 2.7 V、每放大器800 μA、80 MHz、 单路/双路、轨到轨I/O放大器 超低噪声XFET基准电压源， 具有吸电流和源电流能力 ADP1613 AD8031/ AD8032 ADR434 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 评估和设计支持 电路功能与优势 电路评估板 图1所示电路是一款高度集成、16位、1 MSPS、多路复用、 ADAS电路评估板(EVAL-ADAS3022EDZ) 8通道、灵活的数字采集系统(DAS)，集成可编程增益仪表 ADP1613不包括评估板 放大器(PGIA)，能够处理全范围工业级信号。 转换器评估与开发板(EVAL-CED1Z) 设计和集成文件 原理图、布局文件、物料清单 + D2 L2 47µH COUT3 4.7µF C2 1µF + 1.78Ω RFILT L1 47µH +5V VIN = +5V + D1 CIN + 1µF L3 C1 1µF 1µF COUT1 + 1µF RB0 1Ω +15V + COUT2 2.2µF VDDH VIO RESET PD DIFF DIFF PAIR COM 50kΩ RS1 0Ω IN0/IN1 ADP1613 COMP + CC2 10pF R C1 100kΩ SS IN2/IN3 FB FREQ IN4/IN5 EN VIN IN6/IN7 GND SW ADAS3022 CSS + 1µF SCK MUX PROGRAMMABLE GAIN INSTRUMENTATION AMPLIFIER (PGIA) TEMP SENSOR PulSAR ADC DIN SDO REFIN BUF REF VSSH AGND DGND –15V RF1B 47.5kΩ BUSY CS AUX– Z1 DNI CNV LOGIC/ INTERFACE COM AUX+ CV5 + RS2 1µF DNI RF2 4.22kΩ IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 REFx +5V +5V 4.096V + – AD8031 ADR434 09729-001 ENABLE C C1 + 12nF AVDD DVDD REN 图1. 完整的5 V、单电源、8通道数据采集解决方案，集成PGIA (原理示意图：未显示所有连接和去耦) Rev. 0 Circuits from the Lab™ circuits from Analog Devices have been designed and built by Analog Devices engineers. Standard engineering practices have been employed in the design and construction of each circuit, and their function and performance have been tested and verified in a lab environment at room temperature. However, you are solely responsible for testing the circuit and determining its suitability and applicability for your use and application. Accordingly, in no event shall Analog Devices be liable for direct, indirect, special, incidental, consequential or punitive damages due to any cause whatsoever connected to the use of any Circuits from the Lab circuits. (Continued on last page) One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 www.analog.com Fax: 781.461.3113 ©2012 Analog Devices, Inc. All rights reserved. CN-0201 +5 V单电源为电路供电，高效率、低纹波升压转换器产生 ADAS3022内部集成PGIA，可设置增益为0.16、0.2、0.4、 ±15 V电压，可处理最高±24.576 V的差分输入信号(±2 LSB 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 INL最大值、±0.5 LSB DNL典型值)。对于高精度应用，这 别为±24.576 V、±20.48 V、±10.24 V、±5.12 V、±2.56 V、 款紧凑、经济型电路可以提供高精度和低噪声性能。 ±1.28 V和±0.64 V。输入范围参考内部4.096 V基准电压源。 基于逐次逼近寄存器(SAR)的数据采集系统集成真正的高 相对于COM引脚上的输入电压，它可测量伪差分、单极性 阻抗差分输入缓冲器，因此无需额外缓冲；缓冲通常用来 和双极性的输入范围。 减少基于容性数模转换器(DAC)的SAR模数转换器(ADC)产 图1所示电路中，外部基准电压由4.096 V ADR434提供。 生的反冲。此外，该电路具有高共模抑制，无需外部仪表 放大器；而通常存在共模信号的应用中需要用到仪表放大 器。 ADR434具有高精度、低功耗(工作电流为800 μA)、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 ADAS3022是完整的16位、1 MSPS数据采集系统，集成如下 要求较低功耗的高速系统中，用于缓冲外部基准电压的 器件：一个8通道、低泄漏多路复用器；一个具有高共模 AD8032低功耗运算放大器都是理想的选择。 抑制的可编程增益仪表放大器级；一个精密低漂移4.096 V 基准电压源；一个基准电压缓冲器；以及一个高性能、无 延迟、16位SAR ADC。ADAS3022在每个转换周期结束时降 低功耗，因此，工作电流和功耗与吞吐率成线性比例关 系，使其成为低采样速率电池供电应用的理想选择。 ADAS3022集成8路输入和1路COM输入；该COM输入可配 置为8路单端通道、参考同一基准电压的8路通道、4路差 分通道或单端和差分通道的不同组合。 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(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 图1所示电路中，经AD8031运算放大器缓冲后的ADR434低 择。本应用中，ADP1613的开关频率为1.3 MHz。如图2所 噪声基准电压源提供参考电压。AD8031能够以快速恢复的 示，ADP1613尽可能地减少了外部元器件数目，并且具有 方式驱动动态负载，因此非常适合用作参考缓冲器。 超过86%的效率，因此它能满足ADAS3022的规格要求。在 ADP1613是一款DC-DC升压转换器，集成电源开关，在不 该拓扑中使用低成本ADP1613的最大优势，是它在两条供 影响ADAS3022性能的情况下为ADAS3022提供片内输入多 电轨之间的出色跟踪能力，同时使用现成的耦合电感可产 路复用器以及可编程增益仪表放大器所需的±15 V高压电源。 生±15 V电压。除此之外，还能通过ADIsimPower设计工具 本电路采用ADAS3022、ADP1613、ADR434和AD8031精密 轻松快捷地完成设计制造。 1.0 器件的组合，可同时提供高精度和低噪声性能。 0.9 电路描述 0.020 0.018 0.016 0 IOUT (A) 图2. ADP1613的效率(POUT /PIN )与输出电流(IOUT )的关系 Rev. 0 | Page 2 of 5 09729-002 的价格，提供更佳的时序和噪声性能。 0.1 0.014 数据速率、更小的尺寸、更快的产品上市时间、以及更低 0.2 0.012 16位、1 MSPS DAS的设计难题。此外，ADAS3022以更高的 0.3 0.010 换、放大、噪声抑制以及其它模拟信号调理，简化了精密 VIN MAX 0.4 0.008 ADAS3022无需使用标准解决方案中的信号缓冲、电平转 VIN MIN 0.5 0.006 +5 V(AVDD和DVDD)、以及+1.8 V至+5 V (VIO)。 0.6 0.004 号。该器件需使用高压双极性电源：±15 V(VDDH和VSSH)、 0.7 0.002 的速率进行转换，并接受最高±24.576 V的差分模拟输入信 0 ADAS3022是首款单芯片上完整的DAS，能够以最高1 MSPS EFFICIENCY (POUT ÷ PIN) 0.8 CN-0201 图1所示电路采用ADP161x SEPIC-Cuk可下载设计工具中的 常见变化 下列输入进行设计，ADIsimPower提供该设计工具： 其它外部4.096 V基准电压源可与ADAS3022一同使用，如 • VINMIN = 4.75 V ADR444和ADR4540。若需要，可使用AD8031或AD8605运 • VINMAX = 4.99 V 算放大器作为外部基准电压缓冲器。 • VOUT = 15 V 应参考ADAS3022数据手册，获取有关内部或外部基准电 • VRIPPLE = 0.02% 压源和基准电压缓冲器的更多使用建议。 • 环境温度 = 55°C ADP1612/ ADP1613/ ADP1614是升压、DC-DC转换器，集 • 针对最低成本优化 成电源开关，可提供最高20 V的输出电压。当ADP1613用作 • 外部滤波器选项 SEPIC-Cuk转换器时，其电流输出能力最高为60 mA。ADP1614 注意，ADP1613的SW引脚上的最大电压为：VIN + VOUT = 20 V， 提供最高120 mA的电源。利用ADIsimPower设计工具可进行 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 完全定制设计，并通过单个控制器的低成本SEPIC-Cuk拓 电 压 ， 设 计 工 具 建 议 使 用 由 SW引 脚 驱 动 的 串 接 N沟 道 扑快速创建稳定的双路供电轨。 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 电路评估与测试 该电路使用ADI的ADP1613评估板、EVAL-ADAS3022EDZ ADP1613 SEPIC-Cuk转换器的设计结果。 评估板以及EVAL-CED1Z转换器评估和开发板测试，连接 动态性能 源连接至ADP1613评估板。 图3表示存在交流输入信号的情况下，ADAS3022的典型动 EVAL-ADAS3022EDZ是一款用户评估板，用以简化16位 方式见图4。7 V壁式电源连接至EVAL-CED1Z，外部5 V电 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 板通过ADP161x SEPIC-Cuk可下载设计工具搭建，ADIsimPower提供该工具。 09729-003 流性能的差异。 ADAS3022完整DAS的独立性能和功能测试。ADP1613评估 图3. 使用EVAL-CED1Z评估板和软件的ADAS3022 FFT输出 Rev. 0 | Page 3 of 5 CN-0201 EVAL-CED1Z板是一种使用ADI精密转换器的系统评估、 软件安装 演示和开发平台。它提供转换器和PC之间所需的通信，编 ADAS3022评估套件包括一张光盘，其中含有自安装软 程或控制器件，通过USB线收发数据。 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 设备要求 件。 需要使用以下设备： 若要安装软件，执行下列步骤： • ADAS电路评估板和软件(EVAL-ADAS3022EDZ) 1. 请先安装评估软件，再将ADAS3022评估板和EVAL- • 转换器评估和开发板(EVAL-CED1Z) • ADIsimPower提供的ADP1613评估板 CED1Z板连接到PC的USB端口，确保PC能够正确识别 • Audio Precision SYS-2702 评估系统。 2. 光 盘 文 件 安 装 完 毕 后 ， 将 EVAL-CED1Z板 连 接 到 • PC/笔记本电脑(Windows 32位或64位) • USB接口电缆(1)和AP电缆(1) ADAS3022评估板，然后按照UG-484的“电源”部分所述 • 7V/2 A直流壁式电源，为EVAL-CED1Z板供电 为EVAL-CED1Z接通电源，然后利用附送的电缆连接到 PC的USB端口。 • 5 V/100 mA直流电源，为ADP1613评估板供电。 3. 检测到评估系统后，确认出现的所有对话框。这样就完 功能框图 成了安装。 测试设置的功能框图如图4所示。ADP1613评估板由外部 如前文图3中所示，该软件可采集并处理FFT数据。请参考 +5 V电源驱动，产生ADAS3022板所需的±15 V电压。7 V直 UG-484用户指南，获取有关EVAL-ADAS3022EDZ测试设置 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5 V电源。运行交流测试时， 的完整信息。 采用Audio Precision SYS-2702产生低失真输入信号。 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。 AGILENT E3630A ADP1613 +15V +5V POWER SUPPLY WALL WART +7V AT 2A –15V EVAL-ADAS3022EDZ AIN0 TO AIN7 ADAS3022 ADR434 FPGA CONTROL SIGNALS CONVERTER EVALUATION AND DEVLOPMENT BOARD (EVAL-CED1Z) +5V 图4. 测试设置功能框图 Rev. 0 | Page 4 of 5 USB CABLE PC DATA ANAYLYSIS SOFTWARE 09729-004 DECIMATED DATA CN-0201 了解详情 数据手册和评估板 CN-0201 Design Support Package: www.analog.com/CN0201-DesignSupport ADAS3022 Data Sheet and Evaluation Board ADP1613 Data Sheet Kester, Walt. 2005. The Data Conversion Handbook. Analog Devices. Chapters 3, 5, and 7. ADR434 Data Sheet MT-021 Tutorial, ADC Architectures II: Successive Approximation ADCs. Analog Devices. 修订历史 AD8031 Data Sheet 2012年10月—修订版0：初始版 MT-031 Tutorial, Grounding Data Converters and Solving the Mystery of AGND and DGND. Analog Devices. MT-035 Tutorial, Op Amp Inputs, Outputs, Single-Supply, and Rail-to-Rail Issues. Analog Devices. MT-101 Tutorial, Decoupling Techniques. Analog Devices. Voltage Reference Wizard Design Tool. CN-0105 Circuit Note, Single-Ended-to-Differential High Speed Drive Circuit for 16-Bit, 10 MSPS AD7626 ADC. CN-0237 Circuit Note, Ultralow Power, 18-Bit, Differential PulSAR ADC Driver. User Guide UG-484 for EVAL-ADAS3022EDZ. AN-1106 Application Note, An Improved Topology for Creating Split Rails from a Single Input Voltage (Continued from first page) Circuits from the Lab circuits are intended only for use with Analog Devices products and are the intellectual property of Analog Devices or its licensors. While you may use the Circuits from the Lab circuits in the design of your product, no other license is granted by implication or otherwise under any patents or other intellectual property by application or use of the Circuits from the Lab circuits. Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. 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