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一款高性能低功耗数据采集系统的设计分析
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2017-11-14
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电路功能与优势
越来越多的应用要求数据采集系统必须在极高环境温度下可靠地工作，例如井下油气钻探、航空和汽车应用等。图1所示电路是一个16位、600 kSPS逐次逼近型模数转换器（ADC）系统，其所用器件的额定温度、特性测试温度和性能保证温度为175°C.很多此类恶劣环境应用都采用电池供电，因此该信号链针对低功耗而设计，同时仍然保持高性能。
AD7981 ADC需要2.4 V至5.1 V的外部基准电压源，本应用选择的基准电压源为微功耗2.5 V精密基准源ADR225，后者也通过了高温工作认证，并具有非常低的静态电流（210°C时最大值为60μA）。
本电路使用低功耗（600 kSPS时为4.65μA）、耐高温PulSAR ADC AD7981，它直接从耐高温、低功耗运算放大器AD8634驱动。
本设计中的所有IC封装都是专门针对高温环境而设计，包括单金属线焊。此外，本设计说明了无源元件、印刷电路板（PCB）材料和建构技术的选择，以使其能在极端温度下工作，并且提供了完整的设计支持包，包括物料清单、原理图、装配和布局文件。
图1.耐高温数据采集系统（原理示意图：未显示去耦和所有连接）
电路描述
模数转换器
本电路的核心是16位、低功耗、单电源ADC AD7981，它采用逐次逼近架构，最高支持600 kSPS的采样速率。如图1所示，AD7981使用两个电源引脚：内核电源（VDD）和数字输入/输出接口电源（VIO）。VIO引脚可以与1.8 V至5.0 V的任何逻辑直接接口。VDD和VIO引脚也可以连在一起以节省系统所需的电源数量，并且它们与电源时序无关。
在两次转换之间，AD7981自动关断以节省功耗。因此，功耗与采样速率成线性比例关系，使得该ADC对高低采样速率（甚至低至数Hz）均适合，并且可实现非常低的功耗，支持电池供电系统。此外，可以使用过采样技术来提高低速信号的有效分辨率。
AD7981有一个伪差分模拟输入结构，可对IN+与IN？输入之间的真差分信号进行采样，并抑制这两个输入共有的信号。IN+输入支持0 V至VREF的单极性、单端输入信号，IN？输入的范围受限，为GND至100 mV.AD7981的伪差分输入简化了ADC驱动器要求并降低了功耗。AD7981采用10引脚MSOP封装，额定温度为175°C.图2给出了连接示意图。
越来越多的应用要求数据采集系统必须在极高环境温度下可靠地工作，例如井下油气钻探、航空和汽车应用等。图1所示电路是一个16位、600 kSPS逐次逼近型模数转换器（ADC）系统，其所用器件的额定温度、特性测试温度和性能保证温度为175°C.很多此类恶劣环境应用都采用电池供电，因此该信号链针对低功耗而设计，同时仍然保持高性能。
AD7981 ADC需要2.4 V至5.1 V的外部基准电压源，本应用选择的基准电压源为微功耗2.5 V精密基准源ADR225，后者也通过了高温工作认证，并具有非常低的静态电流（210°C时最大值为60μA）。
本电路使用低功耗（600 kSPS时为4.65μA）、耐高温PulSAR ADC AD7981，它直接从耐高温、低功耗运算放大器AD8634驱动。
本设计中的所有IC封装都是专门针对高温环境而设计，包括单金属线焊。此外，本设计说明了无源元件、印刷电路板（PCB）材料和建构技术的选择，以使其能在极端温度下工作，并且提供了完整的设计支持包，包括物料清单、原理图、装配和布局文件。
图1.耐高温数据采集系统（原理示意图：未显示去耦和所有连接）
电路描述
模数转换器
本电路的核心是16位、低功耗、单电源ADC AD7981，它采用逐次逼近架构，最高支持600 kSPS的采样速率。如图1所示，AD7981使用两个电源引脚：内核电源（VDD）和数字输入/输出接口电源（VIO）。VIO引脚可以与1.8 V至5.0 V的任何逻辑直接接口。VDD和VIO引脚也可以连在一起以节省系统所需的电源数量，并且它们与电源时序无关。
在两次转换之间，AD7981自动关断以节省功耗。因此，功耗与采样速率成线性比例关系，使得该ADC对高低采样速率（甚至低至数Hz）均适合，并且可实现非常低的功耗，支持电池供电系统。此外，可以使用过采样技术来提高低速信号的有效分辨率。
AD7981有一个伪差分模拟输入结构，可对IN+与IN？输入之间的真差分信号进行采样，并抑制这两个输入共有的信号。IN+输入支持0 V至VREF的单极性、单端输入信号，IN？输入的范围受限，为GND至100 mV.AD7981的伪差分输入简化了ADC驱动器要求并降低了功耗。AD7981采用10引脚MSOP封装，额定温度为175°C.图2给出了连接示意图。
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