基于完整数据采集系统设计方案

　　图4.ADAS3022的INL和FFT性能

　　PGIA具有很大的共模输入范围、真正的高阻抗输入(>500 MΩ)和宽动态范围，这使得它能够处理4 mA至20 mA的环路电流，精确测量小传感器信号，抑制交流电力线、电机和其他来源的干扰(90 dB的最小CMR)。

　　辅助差分输入通道可处理±4.096 V输入信号。它旁路多路复用器和PGIA级，允许与16位SAR ADC直接接口。片内温度传感器可以监控本地温度。

　　这种高集成度可以节省电路板空间，降低整体部件成本，使得ADAS3022非常适合空间受限的应用，例如自动测试设备、电力线监控、工业自动化、过程控制、病人监护以及其他工业和仪表系统，它们都采用±10 V的工业信号电平工作。

　　图5. 采用集成PGA的完整5 V、单电源、8通道数据采集解决方案

　　图5显示完整的8通道数据采集系统(DAS)。ADAS3022采用±15 V和+5 V模拟和数字电源，以及1.8V至5V逻辑I/O电源。高效率、低纹波DC-DC升压转换器 ADP1613使得DAS能够采用5 V单电源工作。ADP1613使用 ADIsimPower™设计工具配置为单端初级原边电感(SEPIC)拓扑，提供多路复用器和PGIA所需的±15 V双极性电源，而不会影响性能。

　　表1对ADAS3022和分立信号链的噪声性能进行了比较，并利用每个元件的输入信号幅度、增益、等效噪声带宽(ENBW)和折合到输入端的(RTI)噪声，计算整个信号链的总噪声。

　　表1. ADAS3022和分立信号链的噪声性能

　　AD8475和AD7982(图2)之间的单极点低通滤波器(LPF)可以衰减来自AD7982的开关电容输入的反冲，限制高频噪声量。LPF的-3 dB带宽(f-3dB) 为6.1 MHz(R = 20 Ω，C = 1.3 nF)，在1 MSPS速率下进行转换时，可快速建立输入信号。LPF的ENBW计算方法为：

　　ENBW = π/2 × f-3dB = 9.6 MHz

　　请注意，此计算方法忽略了来自基准电压源和LPF的噪声，因为它不会对主要由PGIA决定的总噪声产生很大影响。

　　以使用±5 V输入范围为例。在此情况下，AD8251的增益设置为2.漏斗放大器设置的固定增益为0.4,适用于所有四种输入范围。因此AD7982要处理0.5V至4.5V的差分信号(4 V p-p)。ADG1208的RTI噪声从Johnson/Nyquist噪声公式得出：en2 = 4KBTRON, 其中KB = 1.38 × 10 23 J/K, T = 300K, and RON = 270 Ω。

　　AD8251的RTI噪声由数据手册中增益为2时的27 nV/√Hz噪声密度得出。同样，AD8475的RTI噪声也由10 nV/√Hz噪声密度得出，使用的增益为0.8 (2 × 0.4)。在这些计算中，ENBW = 9.6 MHz.AD7982的RTI噪声则根据数据手册中增益为0.8时的95.5 dB SNR计算得到。整个信号链的总RTI噪声根据分立元件的RTI噪声的方和根(rss)计算。89.5 dB的总SNR可通过公式SNR = 20 log(VINrms/RTITotal)计算。

　　虽然分立信号链的理论噪声估计值(SNR)和整体性能与ADAS3022相当，特别是在低增益(G = 1和G = 2)和低吞吐率(远低于1 MSPS)条件下，但它并非理想解决方案。与分立式解决方案相比，ADAS3022可以节省大约50%的成本和大约67%的电路板空间，它还可以接收其他三个输入范围(±0.64 V、±20.48 V、±24.576 V)，这是分立式解决方案无法提供的。

　　结论

　　下一代工业PLC模块需要高精度、可靠运行和功能灵活性，所有这些特性都必须通过外形小巧的低成本产品提供。ADAS3022具有业界领先的集成度和性能，支持广泛的电压和电流输入，以便处理工业自动化和过程控制的各种传感器信号。ADAS3022是PLC模拟输入模块和其他数据采集卡的理想之选，它使得工业制造商能够让他们的系统具有与众不同的特性，同时满足更加严苛的用户要求。