3 系統(tǒng)設(shè)計原理

前端是數(shù)字萬用表以及許多數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)建塊。數(shù)字萬用表可在多種量程范圍內(nèi)進行測量。具有各個范圍的單個增益電阻器的開關(guān)矩陣會占用大量空間，尤其是在多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。

PGA855 增益設(shè)置可實現(xiàn)寬輸入范圍，并由三個數(shù)字信號控制，從而更輕松地在增益之間切換。DMM 具有多個不同的輸入范圍，例如 100mV、1V、10V 和 100V。因此，當(dāng)可以使用一個輸入級處理多個輸入范圍時，設(shè)計會得到簡化。PGA855 增益由 3 條數(shù)字線路控制，因此使用微控制器或處理器時，在增益級之間切換相對容易。

該放大器必須能夠準(zhǔn)確地將信號縮放到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的滿標(biāo)量程，而不影響數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的分辨率。準(zhǔn)確度和精度是任何 DMM 設(shè)計的關(guān)鍵因素。儀表的讀數(shù)需要接近真實值并且可重復(fù)。大多數(shù)初始直流誤差可以相對輕松地進行校準(zhǔn)，但非線性度、漂移和噪聲必須很低，才能實現(xiàn)高精度和準(zhǔn)確度。

本設(shè)計中可加入針對高壓輸入的額外輸入調(diào)節(jié)以及輸入保護功能，從而完全完成模擬前端信號鏈。

圖 3-1 PGA 和 ADC 輸入濾波器

PGA 輸入端的 R-C-R 差分低通濾波器（如圖 3-1 所示）有助于降低 EMI/RFI 高頻外部噪聲。此濾波器可根據(jù)帶寬和應(yīng)用要求進行定制。為差分電容器 C_{IN_DIFF} 與共模電容器 C_{IN_CM} 使用 10:1 的電容器比值可提供良好的差分和共模噪聲抑制。另外，此比值也往往對濾波電容器的容差變化和失配不太敏感。

反饋電容器 C_FB 與 PGA855 輸出級內(nèi)部 5k? 反饋電阻并聯(lián)（請參閱圖 2-1），旨在實施額外的噪聲濾波。內(nèi)部電阻的絕對電阻變化為 ±15%，在實施噪聲濾波時必須考慮到這一變化。在該電路板上，C_FB 設(shè)置為 25pF，可提供 1MHz 的典型 f–3dB 轉(zhuǎn)角頻率。在考慮到反饋電阻變化的情況下，該電路的估計最小 f–3dB 轉(zhuǎn)角頻率范圍約為 904kHz 到 1.119MHz。ADS127Lx1 輸入端的濾波器用作電荷庫以過濾 ADC 的采樣輸入。電荷庫減少了放大器的瞬時電荷需求，保持了低失真和低增益誤差，否則會因放大器未完全穩(wěn)定而降低性能。ADC 輸入預(yù)充電緩沖器可顯著降低輸入電荷，從而提高 ADC 輸入阻抗以減小增益誤差。