16位、250 kSPS、8通道、单电源、隔离式数据采集系统 数据采集, 变压器, 驱动器, 控制器, 放大器

520503

关键字：数据采集系统   隔离式   单电源供电   工业级  
连接/参考器件AD7689 16位、8通道、250 kSPS PulSAR ADC
AD8608 精密CMOS轨到轨I/O四路运算放大器
AD8605 精密CMOS轨到轨I/O运算放大器
ADuM3471 PWM控制器和变压器驱动器
ADP3336 500 mA anyCAP 可调低压差稳压器

评估和设计支持
电路评估板
CN-0254电路评估板(EVAL-CN0254-SDPZ)
系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z)
设计和集成文件
原理图、布局文件和材料清单

电路功能与优势

图1所示电路是高性价比、高度集成的16位、250 kSPS、8通道数据采集系统，可对±10 V工业级信号进行数字化转换。该电路还可在测量电路与主机控制器之间提供2500 V rms隔离，整个电路采用隔离式PWM控制5 V单电源供电。



图1. 16位、250 KSPS、8通道数据采集系统(原理示意图：未显示所有连接和去耦)
（点击查看大图）


电路描述



16位、8通道、250 kSPS PulSAR ADC AD7689内置多通道低功耗数据采集系统所需的所有元件。它包括一个16位SARADC、一个8通道低串扰多路复用器、一个低漂移基准电压源和缓冲器、一个温度传感器、一个可选单极点滤波器和一个通道序列器。序列器可用于连续扫描通道，且不需要微控制器或FPGA来控制通道开关。AD7689采用20引脚、4 mm × 4 mm LFCSP小尺寸封装，因此成本和印刷电路板(PCB)面积降至最低。工作温度范围为-40°C至+85°C。5 V电源、250 kSPS时的功耗为12.5 mW(典型值)。

ADuM3471为四通道数字隔离器，集成PWM控制器和变压器驱动器用以驱动隔离式DC/DC转换器。ADuM3471为电路提供5 V、2 W隔离电源，并在SPI接口隔离数字信号。

模拟前端设计

在过程控制和工业自动化系统中，典型的信号电平最高可达±10 V。图1电路使用具有衰减和电平转换功能的反相放大器，将±10 V信号转换为适合ADC范围的信号。

电路公式如下：





前端信号增益(-R2/R1)设置为-0.2，使得到达ADC的信号范围为4 V峰峰值。这与0 V至4.096 V的输入范围(等于基准电压VREF)相适合。




对于O V输入信号，运算放大器的输出应位于中间电平或0.5 VREF。




把公式1代入公式2，得到




运算放大器输入端的共模电压通过下式计算：




R3/R4 = 1.4且VREF = 4.096 V时，运算放大器的共模电压为1.7 V。每个AD8608内有四个放大器，四个同相输入短接在一起并连接到电阻分压器R3/R4。第二个分压器用于第二个AD8608。要消除运算放大器输入偏置电流，








图2. AD8608反相配置的噪声模型



在目标带宽内，ADC之前的总均方根噪声应小于0.5 LSB，以便ADC可对输入信号进行正确数字转换。





表1. 图1所示电路值的噪声总结