ZHCT418 july 2023 ADS125H02 , ADS127L11 , ADS131A04 , ADS8681 , ADS8685 , ADS8688 , ADS8689 , ADS8861 , ADS8867 , ADS8924B , INA823 , INA851 , MUX36D08 , MUX507 , MUX508 , OPA2145 , OPA2197 , OPA991 , PGA855 , REF30 , REF6025 , THP210 , THS4551 , THS4561 , TMUX6208 , TMUX6209 , TMUX7208 , TMUX7309F , TMUX8108 , TMUX8109
在 PLC 模塊中，模擬輸入 (AIN) 模塊最為多樣化。當(dāng)前的市場(chǎng)趨勢(shì)對(duì) AIN 提出了很高的要求：以小外形尺寸實(shí)現(xiàn)高通道數(shù)、以極低成本實(shí)現(xiàn)高精度、以低功耗實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換和高精度。更多特性和可編程性需要與更高的可靠性和擴(kuò)展診斷功能相結(jié)合。
為應(yīng)對(duì)此類需求，需要從整體上很好地了解 AIN 模塊的不同性能規(guī)格。圖 1 列出了 AIN 規(guī)格并根據(jù)這些規(guī)格涉及的性能方面將其分為不同類別。
圖 1 AIN 模塊規(guī)格單個(gè)架構(gòu)無(wú)法解決大量規(guī)格和模塊應(yīng)用的多樣性問(wèn)題。因此，可根據(jù)給定的目標(biāo)性能，通過(guò)多 AIN 模塊部署方案實(shí)現(xiàn)最優(yōu)成本。
為使架構(gòu)探索基于相同的基礎(chǔ)，本文檔中固定了一些參數(shù)。本產(chǎn)品概述涵蓋以下各項(xiàng)：
- 僅電壓或電流模塊
- 帶 8 個(gè)通道的模塊
- 差分輸入（單端被描述為子集）
- 高輸入阻抗
這種方法使得需要考慮的參數(shù)更少，并減少了變化數(shù)量。
模擬輸入模塊結(jié)構(gòu)
www.ti.com 上的模擬輸入模塊終端設(shè)備 應(yīng)用頁(yè)面提供了有關(guān) TI PLC 模擬輸入解決方案的豐富信息源。此頁(yè)面支持 AIN 模塊的通用結(jié)構(gòu)，如圖 2 所示。
圖 2 模擬輸入模塊結(jié)構(gòu)
本文檔重點(diǎn)說(shuō)明 AIN 模塊之間的差異主要在于模擬前端子系統(tǒng)。
分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間是通常決定 AIN 架構(gòu)選擇的兩個(gè)基本規(guī)格。分辨率是指表示為 ADC 代碼的可分辨模擬輸入電平的數(shù)量，轉(zhuǎn)換時(shí)間是將單個(gè)通道轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼所需的時(shí)間。分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間在本質(zhì)上決定了前端的核心器件，即模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。
周期時(shí)間是 AIN 模塊的另一個(gè)重要規(guī)格。周期時(shí)間是指轉(zhuǎn)換所有輸入通道所需的時(shí)間。如果通道是按順序轉(zhuǎn)換的（如在多路復(fù)用系統(tǒng)中），則周期時(shí)間等于通道數(shù)乘以轉(zhuǎn)換時(shí)間（tCycle = N × tConv；其中 N 是通道數(shù)）。如果通道是并行轉(zhuǎn)換的（就像在同步采樣 (simsam) 系統(tǒng)中那樣），則 (tCycle = tConv)。
AIN 模塊的 ADC 速度應(yīng)該有多快？
模擬輸入模塊采樣的典型工業(yè)和工藝信號(hào)本質(zhì)上較慢且?guī)捰邢?。一些輸入（例如壓力）可能?huì)經(jīng)歷快速轉(zhuǎn)換，控制器需要捕獲這些轉(zhuǎn)換，在這些情況下可以定義更寬的帶寬。盡管輸入帶寬通常受到限制，但這具有欺騙性，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員認(rèn)為 ADC 較慢。由于通道數(shù)量較多和取平均值要求，可能需要更高的 ADC 采樣率。
考慮這樣一個(gè)示例，設(shè)計(jì)人員希望為多路復(fù)用 8 通道 AIN 模塊選擇單通道 ADC。假設(shè)不需要平均值計(jì)算，并且通道帶寬僅為 2kHz，因此每通道需要 4kSPS。由于依次有 8 個(gè)通道，因此 ADC 需要更高的采樣率（吞吐量），最低 32kSPS。每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間 (tConv = 1 / 32kSPS) = 31.25μs)。請(qǐng)注意，本例中的周期時(shí)間為 tCycle = 8 × tConv = 252μs。
此示例說(shuō)明，開始時(shí)要符合每通道 2kHz 帶寬的基本要求，最終需要 32kSPS 的 ADC 吞吐量和 31.25μs 的轉(zhuǎn)換時(shí)間。如果需要更高的帶寬或更多的每通道樣本數(shù)進(jìn)行平均計(jì)算，則 ADC 的吞吐量要求會(huì)增加。
多通道前端架構(gòu)
模擬輸入模塊的多通道模擬前端本質(zhì)上有四種不同的架構(gòu)。這些模塊在以下方面有所不同：可支持的共模電壓、擁有的 ADC 內(nèi)核數(shù)量及其集成度。
- 通道間隔離式架構(gòu)在所有架構(gòu)中均支持最高共模電壓范圍。但是，通道間要求每個(gè)通道具有單獨(dú)的前端、ADC、隔離式電源和信號(hào)隔離，從而導(dǎo)致成本更高，面積通常也更大。
- 同步采樣 (simsam) ADC 在所有架構(gòu)中具有最短的周期時(shí)間。當(dāng)需要在通道之間進(jìn)行同步時(shí)，例如對(duì)電源線的 3 個(gè)相位或振動(dòng)傳感器的 3 個(gè)軸進(jìn)行采樣時(shí)，Simsam 也至關(guān)重要。
- 具有集成多路復(fù)用器的多通道 ADC：這種模塊通常能夠以更優(yōu)成本實(shí)現(xiàn)特定性能。與外部多路復(fù)用器架構(gòu)相比，具有集成多路復(fù)用器的多通道 ADC 通?？蓪?shí)現(xiàn)更短的掃描時(shí)間。
- 外部多路復(fù)用器可作為成本最低的多通道設(shè)計(jì)，在器件選擇方面也具有一定的靈活性。圖 3 顯示了此架構(gòu)為何需要更多設(shè)計(jì)工作，多路復(fù)用器和驅(qū)動(dòng)器輸出經(jīng)歷了非常大的瞬變，因此穩(wěn)定時(shí)間是此類架構(gòu)轉(zhuǎn)換時(shí)間的限制因素。
圖 3 多通道前端類型
表 1 總結(jié)了這些架構(gòu)之間的主要區(qū)別。
| 通道間隔離 | Simsam | 集成多路復(fù)用器 | 外部多路復(fù)用器 | |
|---|---|---|---|---|
| 共模電壓范圍 | 非常高 | 中等 | 中等 | 中等 |
| 隔離 | 通道間隔離 > 500V | 通道之間沒(méi)有隔離 | 通道之間沒(méi)有隔離 | 通道之間沒(méi)有隔離 |
| 輸入放大器 | 如果需要，每個(gè)通道一個(gè) | 如果需要，每個(gè)通道一個(gè) | 如果需要，每個(gè)通道一個(gè) | 僅一個(gè)（在多路復(fù)用器之后） |
| ADC | 單通道，更多選擇 | 高采樣率 ADC | 高采樣率 ADC | 單通道，高采樣率 |
| 成本 | 每通道成本/面積 AFE/ADC/功耗最高 | 成本高 | 成本適中 | 成本低 |
| 優(yōu)勢(shì) | 隔離性能和可靠性最高 | 周期時(shí)間非常短。同步 | 成本低、性能出色 | 成本和功耗低。靈活 |
多路復(fù)用架構(gòu)
本產(chǎn)品概述將重點(diǎn)介紹多路復(fù)用架構(gòu)。大多數(shù) PLC 輸入模塊采用多路復(fù)用架構(gòu)。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本文檔考慮了高輸入阻抗類型的模塊，首先討論差分輸入，然后介紹相應(yīng)的單端前端。
圖 4 以兩個(gè)正交比例尺顯示了不同的架構(gòu)，一個(gè)用于分辨率（12 位至 24 位），另一個(gè)用于轉(zhuǎn)換時(shí)間（200μs 轉(zhuǎn)換時(shí)間降至 2μs）。這些設(shè)計(jì)可歸類為使用逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 實(shí)現(xiàn)的中等分辨率（高達(dá) 16 位）和主要依靠 DS ADC 的高分辨率（16 至 24 位之間）。
可以根據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間對(duì)每組設(shè)計(jì)（中分辨率或高分辨率）進(jìn)行進(jìn)一步劃分，如圖 4 所示。每個(gè)架構(gòu)都由架構(gòu) 1：?jiǎn)味烁邏?SAR 到架構(gòu) 8：Simsam Δ-Σ 中討論的參考編號(hào)（1 到 8）表示。
圖 4 多路復(fù)用架構(gòu)選擇圖架構(gòu) 1：?jiǎn)味烁邏?SAR
第一種架構(gòu)基于高壓輸入 100kSPS SAR ADS8689，該架構(gòu)集成了可編程增益放大器 (PGA) 和電壓基準(zhǔn)。該 ADC 為單端，輸入阻抗為 1MΩ，因此可使用精密儀表放大器 (INA) 將差分輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端輸出信號(hào)并提供高輸入阻抗。INA 之前有一個(gè)低泄漏差分 MUX507，可支持 8 個(gè)通道。無(wú)需輸入縮放，因?yàn)?ADS8689 可直接支持高達(dá) ±12V 的輸入。
鑒于 INA 和集成 PGA/濾波器的穩(wěn)定時(shí)間，該架構(gòu)非常適合根據(jù)所需的分辨率實(shí)現(xiàn) 80μs 至 120μs 的最短轉(zhuǎn)換時(shí)間。ADS8681 或 ADS8685 器件具有更高的采樣率，可以通過(guò)求平均值來(lái)提高噪聲性能。
圖 5 架構(gòu) 1INA823 的一種替代方案是 INA188 器件，該器件提供更低的噪聲和偏移誤差，但帶寬更低、IQ 更高。選擇 INA 的標(biāo)準(zhǔn)是低偏移和增益漂移、高 CMRR、低噪聲、高壓擺率和帶寬。
| AMP | 噪聲 1kHz (nV/√Hz) | VOS (μV) | 溫漂 (μV/°C) | IQ (mA) | 帶寬 (MHz) | 特性 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| INA823 | 21 | 100 | 1.2 | 0.18 | 1.9 | 過(guò)壓保護(hù) |
| INA188 | 12.5 | 55 | 0.2 | 1.4 | 0.6 | 零漂移 |
ADS86xx 是一款單輸入 ADC，具有 12 至 18 位的分辨率以及 100kSPS 至 1MSPS 的采樣速度，因此可為系統(tǒng)實(shí)施提供極大的靈活性。請(qǐng)注意，較高的采樣頻率不會(huì)縮短轉(zhuǎn)換時(shí)間，但可以使用較高的采樣速度來(lái)計(jì)算每個(gè)通道多個(gè)樣本的平均值并增加有效位數(shù) (ENOB)。
在多路復(fù)用 SAR 架構(gòu)中，有兩個(gè)因素對(duì)于確定可實(shí)現(xiàn)的最短轉(zhuǎn)換時(shí)間至關(guān)重要：(1) 前端（包括所有放大器）達(dá)到所需精度的穩(wěn)定時(shí)間，(2) ADC 輸入緩沖器的穩(wěn)定時(shí)間，特別是在緩沖器帶寬有限的情況下。這兩個(gè)因素決定了最終速度，而不是 ADC 吞吐能力。
| SPS | 12b | 14b | 16b | 18b |
|---|---|---|---|---|
| 100k | ADS8689 | ADS8699 | ||
| 500k | ADS8665 | ADS8675 | ADS8685 | ADS8695 |
| 1M | ADS8661 | ADS8671 | ADS8681 | ADS8691 |
關(guān)于通道數(shù)量，其他多路復(fù)用器選項(xiàng)可用于 4 個(gè)通道。還可以選擇使用故障保護(hù)多路復(fù)用器來(lái)簡(jiǎn)化輸入保護(hù)。多路復(fù)用器的選擇標(biāo)準(zhǔn)是使輸入阻抗保持在高電平的低關(guān)斷狀態(tài)漏電流 < 0.2μA，用以降低電流測(cè)量誤差的低導(dǎo)通狀態(tài)漏電流，以及用以縮短穩(wěn)定時(shí)間的低輸出電容。
| 通道數(shù) | 36V | > 36V 并受保護(hù) |
|---|---|---|
| 4 | TMUX6209、MUX36D04、MUX509 | TMUX7309F、TMUX8109 |
| 8 | MUX36D08、MUX507 |
對(duì)于具有單端輸入的模塊，需要一個(gè)單端多路復(fù)用器后跟一個(gè)放大器。放大器必須具有高壓擺率以支持快速趨穩(wěn)，并具有相對(duì)較低的溫漂以減少誤差。以下列表顯示了滿足這些要求的放大器：
| ? OPA145 | ? OPA182 | ? OPA196 | ? OPA991 |
| ? OPA172 | ? OPA189 | ? OPA197 | ? OPA992 |
關(guān)于多路復(fù)用器選擇，表 5 顯示了單端前端設(shè)計(jì)的可用選項(xiàng)。
| 通道數(shù) | 36V | > 36V 并受保護(hù) |
|---|---|---|
| 4 | TMUX6104 | TMUX7309F、TMUX8109 |
| 8 | TMUX6208、MUX36S08、MUX508 | TMUX7208、TMUX7308F、TMUX8108 |
| 16 | MUX36S16、MUX506 |
有關(guān)此類架構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)原理圖和性能，請(qǐng)參閱模擬輸入模塊的成本優(yōu)化型高性能前端設(shè)計(jì) 應(yīng)用手冊(cè)。
架構(gòu) 2：差分、低壓 SAR
為了實(shí)現(xiàn)更短的轉(zhuǎn)換時(shí)間，選擇了 ADS886x 系列差分 SAR。ADC 沒(méi)有輸入濾波器，因此該 ADC 可以實(shí)現(xiàn)較短的穩(wěn)定時(shí)間。該架構(gòu)需要外部電壓基準(zhǔn)（例如 REF3040）和全差分驅(qū)動(dòng)器（例如 THP210）。該差分驅(qū)動(dòng)器沒(méi)有高阻抗輸入，因此在驅(qū)動(dòng)器前面使用運(yùn)算放大器緩沖器（例如 OPA2197）。當(dāng)兩個(gè)器件并聯(lián)使用時(shí)，差分多路復(fù)用器 TMUX6209 會(huì)啟用 8 通道輸入。
圖 6 架構(gòu) 2ADS88xx 系列包括 16 位和 18 位器件，采樣率高達(dá) 1MSPS，如表 6 所示。
| SPS | 100kSPS | 400kSPS | 680kSPS | 1MSPS |
|---|---|---|---|---|
| 16b | ADS8867 | ADS8865 | ADS8863 | ADS8861 |
| 18b | ADS8887 | ADS8885 | ADS8883 | ADS8881 |
該器件系列的工作溫度范圍為 –40°C 至 85°C。
表 7 顯示了其他放大器選項(xiàng)。請(qǐng)注意，較低的漂移通常伴隨較高的電流消耗。
| AMP | 噪聲 1kHz (nV/√Hz) | VOS (μV) | 溫漂 (μV/°C) | IQ (mA) | 帶寬 (MHz) | 轉(zhuǎn)換率 (V/μs) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| OPA2197 | 5.5 | 100 | 0.5 | 1.3 | 10 | 20 |
| OPA2145 | 7.5 | 150 | 0.5 | 0.47 | 5.5 | 20 |
| OPA2189 | 5.8 | 2.5 | 0.0035 | 1.7 | 14 | 20 |
如果信號(hào)鏈需要 2.5V (REF3025) 和 3.3V (REF3033) 電平，而不是 REF3040 提供的 4.096V，則 REF30xx 系列電壓基準(zhǔn)也可以提供這些電平。
TIPD151 參考設(shè)計(jì)展示了此類架構(gòu)，TIPD169 是單端實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)示例。
架構(gòu) 3：集成多路復(fù)用器 SAR
通過(guò)選擇具有集成多路復(fù)用器的器件，可使用 SAR ADC 實(shí)現(xiàn)最短轉(zhuǎn)換時(shí)間：ADS8688 具有 ±10V 輸入的 16 位、500kSPS、8 通道 SAR ADC。對(duì)于差分輸入，INA823 或 INA188 可用作高阻抗差分轉(zhuǎn)單端轉(zhuǎn)換器（增益為 1）。
圖 7 架構(gòu) 3ADS8688 為每個(gè)通道提供短至 2μs 的轉(zhuǎn)換時(shí)間。此外，ADS8688 屬于 ADS86xx 器件系列，該系列具有不同的分辨率和通道數(shù)選項(xiàng)。
| 12b | 14b | 16b | 18b | |
|---|---|---|---|---|
| 8 通道 | ADS8668 | ADS8678 | ADS8688 | ADS8698 |
| 4 通道 | ADS8664 | ADS8674 | ADS8684 | ADS8694 |
TIDA-01214 和 TIDA-00170 參考設(shè)計(jì)是此類架構(gòu)的兩個(gè)示例。
架構(gòu) 4：高電壓 Δ-Σ
ADS125H02 是一款 24 位、40kSPS、2 通道 Δ-Σ ADC，支持高達(dá) ±20V 的輸入信號(hào)。除了 TMUX6209 外，該器件還用于架構(gòu) 4 中，以實(shí)現(xiàn) 8 通道高分辨率模擬輸入前端。
該 ADC 具有數(shù)字濾波器，其延遲會(huì)將最小多路復(fù)用轉(zhuǎn)換時(shí)間限制為 200μs。集成 PGA 和雙激勵(lì)電流源使該架構(gòu)能夠支持溫度輸入（RTD 和 TC 輸入），從而創(chuàng)建通用模擬輸入模塊。
圖 8 架構(gòu) 4
表 4 和表 5 中列出了備選的差分或單端多路復(fù)用器。
在多路復(fù)用架構(gòu)中使用 Δ-Σ 轉(zhuǎn)換器時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要注意 ADC 延遲參數(shù)或數(shù)字穩(wěn)定時(shí)間。在通道之間切換時(shí)，需要將前一通道的舊樣本從數(shù)字濾波器中清除，這需要多個(gè)時(shí)鐘周期。ADS125H02 轉(zhuǎn)換器以 40kSPS 運(yùn)行時(shí)的最小延遲為 0.179ms，這意味著最短轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 180μs 至 200μs，相當(dāng)于轉(zhuǎn)換器在多路復(fù)用模式下使用時(shí)的最大吞吐量為 5.58kSPS。
有關(guān)該架構(gòu)設(shè)計(jì)步驟的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱具有可配置電壓和電流輸入的四通道差分輸入 DAQ 前端電路 電路設(shè)計(jì)文檔和使用 ADS125H02 簡(jiǎn)化 ±10V PLC 模擬輸入模塊信號(hào)鏈 應(yīng)用簡(jiǎn)介。
架構(gòu) 5：高分辨率 SAR
此架構(gòu)類似于架構(gòu) 3，使用更高分辨率的 SAR ADC ADS8924B、更高性能的全差分驅(qū)動(dòng)器 THS4551、OPA2189 緩沖運(yùn)算放大器和低泄漏差分多路復(fù)用器 MUX36D08。
圖 9 架構(gòu) 5ADS89xxB 系列具有多個(gè)在 250kSPS 至 1MSPS 下運(yùn)行的器件：
| SPS | 250kSPS | 500kSPS | 1MSPS |
|---|---|---|---|
| 16b | ADS8924B | ADS8922B | ADS8920B |
| 18b | ADS8914B | ADS8912B | ADS8910B |
| 20b | ADS8904B | ADS8902B | ADS8900B |
TIDA-01057 參考設(shè)計(jì)展示了此架構(gòu)的前端設(shè)計(jì)。
架構(gòu) 6：高速 Δ-Σ
當(dāng)需要高分辨率且轉(zhuǎn)換時(shí)間短至 10μs 時(shí)，可將 ADS127L11 24 位 1MSPS 單通道 Δ-Σ ADC 與 MUX36D08 和 INA851 結(jié)合使用。INA851 是一款失調(diào)電壓為 35μV、帶寬為 22MHz、輸入噪聲為 3.2nV/√Hz、壓擺率為 37V/μs 的出色全差分精密 INA。4.096、5ppm REF6041 電壓基準(zhǔn)使該高線性度信號(hào)鏈能夠?qū)崿F(xiàn)高 SNR。
圖 10 架構(gòu) 6與具有外部多路復(fù)用器的其他架構(gòu)類似，可根據(jù)通道數(shù)量提供差分和單端多路復(fù)用器替代方案。請(qǐng)參閱表 4 和表 5。
可編程增益放大器 PGA855 是 INA851 的替代產(chǎn)品。另一個(gè)替代產(chǎn)品是雙路高壓擺率運(yùn)算放大器（如 OPA2189），后接差分放大器（如 THS4551），類似于架構(gòu) 5：高分辨率 SAR。
其他電壓基準(zhǔn)選項(xiàng)包括 2.5V REF6025 和高性能 REF70 系列。
有關(guān)此架構(gòu)前端設(shè)計(jì)的某些方面，請(qǐng)參閱 THP210 和 ADS127L11 性能 應(yīng)用手冊(cè)。
同步采樣架構(gòu)
盡管多路復(fù)用輸入架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)較短的轉(zhuǎn)換時(shí)間，但某些應(yīng)用需要非常短的周期時(shí)間或?qū)斎脒M(jìn)行同步采樣。在這些情況下，需要多個(gè)并行轉(zhuǎn)換的 ADC。多個(gè) ADC 可以是單獨(dú)的器件，也可以是一個(gè)芯片中的多個(gè) ADC 內(nèi)核。
架構(gòu) 7：Simsam SAR
設(shè)計(jì)中等分辨率系統(tǒng)時(shí)，可選擇使用 ADS8588，這是一款 16 位、500kSPS、8 通道 simsam SAR ADC，具有集成前端和 2.5V 基準(zhǔn)。使用 INA823 等 INA 將差分輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為 ADC 的單端輸出，同時(shí)還提供高輸入阻抗。
ADS8588 還集成了一個(gè)數(shù)字均值濾波器，能夠通過(guò)均值計(jì)算來(lái)提高 SNR，但會(huì)以降低吞吐量為代價(jià)。
圖 11 架構(gòu) 7ADS85xx 是一系列 simsam SAR ADC，提供 14b 至 18b 的分辨率、不同通道數(shù)量（4 至 8 之間）以及 200kSPS 至 500kSPS 的速度，如表 10 所示。
| 器件 | 位 | kSPS | 通道數(shù) | 器件 | 位 | kSPS | 通道數(shù) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ADS8578S | 14 | 200 | 8 | ADS8584S | 16 | 330 | 4 |
| ADS8586S | 16 | 250 | 6 | ADS8588H | 16 | 500 | 8 |
| ADS8588S | 16 | 200 | 8 | ADS8598H | 18 | 500 | 8 |
| ADS8598S | 18 | 200 | 8 |
更多有關(guān)此架構(gòu)的信息，請(qǐng)參閱 TIDA-00834 參考設(shè)計(jì)。
架構(gòu) 8：Simsam Δ-Σ
對(duì)于需要更高分辨率同步采樣的應(yīng)用，請(qǐng)選擇 Δ-Σ ADC，例如 ADS131A04。這款 24 位、128kSPS、4 通道同步采樣 ADC 集成了電壓基準(zhǔn)，可用于 4 通道設(shè)計(jì)。但是，ADS131A04 需要驅(qū)動(dòng)器放大器，因?yàn)樵撈骷哂械洼斎胱杩埂Ｈ罘址糯笃鳎ɡ?THS4561）用于驅(qū)動(dòng) ADC 輸入并將輸入信號(hào)調(diào)節(jié)到滿量程電平 (±4V)。OPA2145 等雙路運(yùn)算放大器緩沖器用于驅(qū)動(dòng) THS4561，以實(shí)現(xiàn)高輸入阻抗。
圖 12 架構(gòu) 8TIDA-00835 參考設(shè)計(jì)是 simsam Δ-Σ 架構(gòu)的一個(gè)示例。
比較 AIN 架構(gòu)
采用不同架構(gòu)可幫助模塊設(shè)計(jì)人員根據(jù)目標(biāo)要求優(yōu)化性能與成本。不同的架構(gòu)主要在可實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換時(shí)間和周期時(shí)間以及分辨率上有所不同。表 11 對(duì)這些差異進(jìn)行了總結(jié)，假設(shè)所有架構(gòu)都是差分的且具有 N 個(gè)通道，并給出了由包含星號(hào)的水平條表示的相對(duì)成本估算值。
| 架構(gòu)1 | 架構(gòu)2 | 架構(gòu)3 | 架構(gòu)4 | 架構(gòu)5 | 架構(gòu)6 | 架構(gòu)7 | 架構(gòu)8 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
tConversion 最小值（μs） | 80 – 120 | 25 – 100 | 2 | 200 | 10 – 25 | 10 | 2 – 5 | 10 |
tCycle 最小值 (μs) | N × tConv | N × tConv | N × tConv | N × tConv | N × tConv | N × tConv | 2 – 5 | 10 |
分辨率（位） | 12 – 18 | 12 – 18 | 12 – 18 | 24 | 16 – 20 | 24 | 14 – 18 | 24 |
成本 | * | ** | **** | ** | *** | **** | ***** | ****** |
本概述并未涵蓋會(huì)影響前端設(shè)計(jì)的 AIN 模塊的幾個(gè)特性，相關(guān)內(nèi)容在其他文獻(xiàn)中進(jìn)行介紹。這些特性包括：
- 支持高共模電壓
- 支持雙端子 V/I 輸入
- 采用 5V 單電源的雙極 ±10V 輸入設(shè)計(jì)
器件選擇
以下列表介紹了在設(shè)計(jì)多路復(fù)用輸入時(shí)前端元件的相關(guān)參數(shù)。
- 對(duì)于多路復(fù)用器，低關(guān)斷狀態(tài)泄漏會(huì)增加輸入阻抗。低導(dǎo)通狀態(tài)泄漏可減小電流輸入中的誤差。高輸入絕對(duì)最大電壓簡(jiǎn)化了保護(hù)并支持更高的共模電壓。低串?dāng)_可減少轉(zhuǎn)換誤差。而對(duì)于高采樣率和大量通道的情況，低輸出電容可縮短穩(wěn)定時(shí)間。通常，導(dǎo)通狀態(tài)阻抗在高阻抗通道情況下不起重要作用。
- 對(duì)于放大器，低溫漂對(duì)于高分辨率通道非常重要。尋找支持多路復(fù)用器的零漂移放大器。低噪聲對(duì)于高分辨率系統(tǒng)（18b 或更高）也很重要，可增加 ENOB。一些放大器具有可簡(jiǎn)化保護(hù)的過(guò)壓保護(hù)。對(duì)于較短的轉(zhuǎn)換時(shí)間，需要高轉(zhuǎn)換率和寬帶寬。
- 對(duì)于儀表放大器，需要低溫漂和增益漂移，因?yàn)?INA 很難通過(guò)校準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)償。高 CMRR 和低噪聲可改善 ENOB。為了實(shí)現(xiàn)較短的轉(zhuǎn)換時(shí)間，需要高壓擺率和寬帶寬，過(guò)壓保護(hù)有助于簡(jiǎn)化通道輸入保護(hù)。