低成本、8通道、同步采樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯低成本、8通道、同步采樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計-設(shè)計應(yīng)用電路功能與優(yōu)勢

對于要求寬動態(tài)范圍的低成本、高通道數(shù)應(yīng)用，片內(nèi)集成14位SARADC的8通道集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)AD7607可以用來有效實(shí)現(xiàn)超過80dB的動態(tài)范圍。

DAS的典型應(yīng)用是電力線測量和保護(hù)設(shè)備，其中必須對多相輸配電網(wǎng)絡(luò)的大量電流和電壓通道進(jìn)行同時采樣。

許多低壓電力線測量和保護(hù)系統(tǒng)不需要全部的16位ADC分辨率（例如AD7606DAS所提供的分辨率），但仍然需要80dB以上的動態(tài)范圍，以便捕捉欠壓/欠流和過壓/過流條件。此外還需要同步采樣能力，以便保持多相電力線的電流和電壓通道之間的相位信息。

AD7607是集成14位、雙極性輸入、同步采樣SARADC的8通道DAS，具有84dB的信噪比(SNR)，可滿足這類低壓保護(hù)和測量系統(tǒng)的要求。圖1所示電路還使用一個外部精密、低溫漂、低噪聲基準(zhǔn)電壓源ADR421，支持要求精度性能的高通道數(shù)應(yīng)用。

圖1.低成本、8通道、同步采樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（簡化的電氣原理圖：未顯示去耦和所有連接）

電路描述

AD7607是一款集成式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，片內(nèi)集成輸入放大器、過壓保護(hù)電路、模擬抗混疊濾波器、14位SARADC和數(shù)字濾波器。本電路由AD7607和2.5V基準(zhǔn)電壓源ADR421共同構(gòu)成。為實(shí)現(xiàn)良好的通道間匹配，圍繞模擬輸入通道和器件去耦的對稱布局非常重要。

下文概括了為實(shí)現(xiàn)出色的通道間匹配和84dBSNR性能，AD7607和ADR421宜采用何種推薦的布局。

AD7607*估板布局

為確保良好的通道間匹配，模擬輸入通道對稱布局非常重要。在內(nèi)置多個AD7607器件的系統(tǒng)中，為確保器件之間的性能匹配良好，這些器件必須采用對稱布局。

圖2所示為AD7607和ADR421的電路板布局。AVCC電壓平面沿AD7607的右側(cè)布設(shè)，VDRIVE電源走線沿AD7607的左側(cè)布設(shè)?；鶞?zhǔn)電壓源ADR421位于AD7607的南面。這里使用了實(shí)心接地層

圖2.顯示AD7607DAS和ADR421基準(zhǔn)電壓源的PCB布局布線

這些對稱布局原則同樣適用于含有多個AD7607器件的系統(tǒng)。AD7607器件應(yīng)沿南北方向放置，基準(zhǔn)電壓位于這些器件的中間，基準(zhǔn)電壓走線則沿南北方向布設(shè)，類似于圖2。關(guān)于使用多個AD7606（16位8通道DAS）的系統(tǒng)詳細(xì)信息，請參見電路筆記CN-0148.

良好的去耦也很重要，以便降低AD7607的電源阻抗，并減少電源尖峰幅度。去耦電容應(yīng)盡可能放置在靠近DUT電源引腳及其對應(yīng)的接地引腳。REFIN/REFOUT引腳和REFCAPA、REFCAPB引腳的去耦電容同樣是攸關(guān)性能的重要去耦電容，應(yīng)盡可能靠近相應(yīng)的AD7607引引腳?？赡艿脑?，應(yīng)將這些電容放在電路板上與AD7607器件相同的一側(cè)。圖3顯示了AD7607電路板頂層的建議去耦布局。

圖3.頂層去耦

電路板頂層上的四個陶瓷電容是REFIN/REFOUT引腳、REFCAPA引腳和REFCAPB引腳的去耦電容。這些電容沿南北方向放置，以便盡可能靠近相應(yīng)的引腳。圖4顯示了底層去耦布局，它用于4個AVCC引腳和VDRIVE引腳的去耦。這里使用了多個過孔將引腳與其相應(yīng)的去耦電容相連。AD7607器件周圍去耦電容的對稱布局有利于器件間的性能匹配。多個過孔用來將電容焊盤和引腳焊盤接地及接到電壓平面和基準(zhǔn)電壓走線。

圖4.底層去耦

通道間匹配

在高通道數(shù)系統(tǒng)中，良好的通道間和器件間性能匹配可以大大簡化校準(zhǔn)程序。AD7607器件、模擬輸入通道和去耦電容的對稱布局有助于多個器件之間的性能匹配。使用公共系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓能進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的匹配性能。圖5顯示所有輸入接地時電路板上8個通道的實(shí)測匹配性能。這里展示了多三個碼的分布直方圖，各通道直方圖的中心為碼1。

圖5.輸入接地時8個通道的直方圖

交流性能

本電路中，AD7607配置為在外部基準(zhǔn)電壓源模式下工作。ADR421為AD7607的REFIN/REFOUT引腳提供2.5V基準(zhǔn)電壓。對AD7607的通道1施加一個1kHz信號。AD7607的輸入范圍配置為±5V。在所有8個通道上以200kSPS采樣時，AD7607的SNR達(dá)到84.12dB。這一性能相當(dāng)于大約13.7位的有效位數(shù)(ENOB)，其中ENOB=(SNR?1.76dB)/6.02。

圖6.FFT顯示SNR為84.12dB（輸入=1kHz，fs=200kSPS）

為進(jìn)一步提高SNR性能和系統(tǒng)的ENOB，可以將AD7607配置為以8倍過采樣模式工作。這種模式下，SNR提高到85.25dB，因而有效位數(shù)提高到13.9位。當(dāng)AD7607在8倍過采樣模式下使用時，各通道的吞吐速率降至25kSPS。

圖7.FFT顯示SNR為85.26dB（8倍過采樣，fs=25kSPS）

上述建議布局能夠確保一個AD7607實(shí)現(xiàn)良好的通道間匹配性能，并且同一PCB板上的多個AD7607之間也具有良好的器件間匹配性能。AD7607和ADR421能夠?qū)崿F(xiàn)84dB的SNR，滿足變電站自動化設(shè)備中的低壓保護(hù)和測量應(yīng)用的80dB以上動態(tài)范圍需求。

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