数据采集系统

工业过程控制、便携式医疗设备和自动化测试设备中使用的多路复用数据采集系统(DAS)需要更高的通道密度。在这些系统中，用户希望测量多个传感器和监控器信号，并将很多输入通道扫描至单个ADC或多个ADC中。多路复用的整体优势在于每通道所需的ADC数量较少，节省了印刷电路板(PCB)空间，降低了功耗和成本。自动化测试设备和电源线路监控应用中的某些系统要求每通道使用专门的采样保持放大器和ADC，以便对输入进行同步采样，从而提升每通道的采样速率，并保留相位信息，但代价是更多的PCB面积和更高的功耗。

系统设计人员根据最终应用的性能、功耗、尺寸和成本要求进行权衡取舍。它们从中选出一个转换器架构和拓扑，并使用市场上提供的分立式或集成式元件实现信号链设计。图1显示了多路复用DAS的简化框图，可进行监控并对多种传感器类型进行顺序采样。某些情况下，信号链会利用多路复用器与ADC之间的缓冲放大器或可编程增益放大器。

在很多应用中，模拟前端接收单端或差分信号，并执行所需的 增益或衰减、抗混叠滤波及电平转换，之后在满量程电平下驱 动ADC输入端。今天我们探讨下精密数据采集信号链的噪声分析，并深入研究这种信号链的总噪声贡献。

如图1所示，低功耗、低噪声、全差分放大器ADA4940-1驱动差 分输入、18位、1 MSPS PulSAR® ADC AD7982，同时低噪声精密5 V 基准电压源ADR435用来提供ADC所需的5 V电源。此信号链无需 额外驱动器级和基准电压缓冲器，简化了模拟信号调理，可节 省电路板空间和成本。一个单极点截止频率2.7 MHz RC(22 Ω， 2.7 nF)低通滤波器放在ADC驱动器输出和ADC输入之间，有助于 限制ADC输入端噪声，并减少来自逐次逼近型(SAR) ADC输入端 容性DAC的反冲。

<strong><font color="#FF0000">作者：Daniel E. Fague</font> </strong>

能够直接合成无线电频率范围内信号的转换器（RF转换器）已经成熟，常规无线电设计将因此发生变革。由于能够数字化并合成高达2 GHz到3 GHz的瞬时信号带宽，RF 转换器现在可以兑现提供真正宽带无线电的承诺，无线电设计人员得以大幅简化硬件设计，并很好的支持软件可重复配置的能力，这对于常规无线电设计来说是不可能实现的。

今天的文章我们就探讨 RF 转换器技术的进步如何使得新型数据采集系统和宽带无线电成为可能，并讨论软件配置的可行性。

在多通道多路复用数据采集系统中，增加每个 ADC 的通道数量可改善系统的整体成本、面积和效率。现代 SAR ADC 具有高吞吐量和高能效，使得系统设计人员能够实现比以往更高的通道密度。

今天我们将说明多路复用器输入端的建立瞬变（由多路复用器输出端的大尺度开关瞬变引起）导致需要较长采集时间，使得多通道数据采集系统的整体吞吐量显著降低。然后，文中将着重阐述使输入建立时间最小化以及提高数据吞吐量和系统效率所需的设计权衡。

<strong>什么是多通道 DAQ？</strong>
<strong>如何衡量多通道 DAQ 的性能？</strong>

多通道数据采集 (DAQ) 系统是一个与多路输入（通常是传感器）接口的完整信号链子系统，其主要功能是将输入端的模拟信号转换为处理单元可以理解的数字数据。多通道 DAQ 系统的主要组成部分有模拟前端子系统（缓冲器、开关元件和信号调理模块）、ADC 及数字接口。对于高速精密转换器，开关元件（通常是多路复用器）放置在 ADC 驱动器和转换器本身之前，以利用现代 ADC 的先进性能。SAR ADC 兼具高速度和高精度性能，是这些应用最常用的 ADC 类型。

<strong>电路功能与优势</strong>

图 1 所示电路是一种高性价比、隔离式、多通道数据采集系统，兼容标准工业级信号。元件针对两次采样之间的最
佳建立时间而选择，能以高达约 750 kHz 的通道切换速率提供 18 位性能。该电路可以处理八个增益独立的通道，兼容单端和差分输入信号。

模拟前端包括一个多路复用器、可编程增益仪表放大器(PGIA)、用于执行单端转差分任务的精密模数转换器(ADC) 驱动器，以及一个用于采样有效通道信号的 18 位、2.0 MSPS 精密 PulSAR® ADC。提供 0.4、0.8、1.6 和 3.2 增益配置。

turbo 模式下，系统最大采样速率为 2 MSPS；正常模式下为1.5 MSPS。通道切换逻辑与 ADC 转换同步，最大通道切换速率为1.5 MHz。turbo模式下，单通道采样速率高达2 MSPS，分辨率为 18 位。通道切换速率高达 750 kHz 时依然具有18 位性能。

<strong>电路评估板</strong>

CN-0292电路评估板(EVAL-CN0292-SDZ)
系统演示平台SDP-B (EVAL-SDP-CB1Z)

<strong>电路功能与优势</strong>

图1中的电路是一个完全隔离、鲁棒、4通道数据采集系统，提供16位、无噪声代码分辨率和高达42 kSPS的自动通道开关速率。由于在多路复用信号链上选择了独特的快速建立时间元件，因而42 kSPS开关速率下的通道间串扰低于15 ppm FS(低于−90 dB)。

该电路获取并数字化标准工业信号电平，包括：±5 V、±10 V、0 V至10 V和0 mA至20 mA。输入缓冲器还提供过
压保护，从而消除了传统肖特基二极管保护电路的相关漏电流误差。

<strong>电路功能与优势</strong>

图 1 所示电路是一个双通道、库隔离、宽带宽数据采集(DAQ) 系统，采用同步采样架构，每通道使用一个模数转换器 (ADC)。该系统实现了高通道密度以及库和数字背板之间的隔离，而且性能优异。设计还将 ADC 配置为菊花链模式，并使用具有微调延迟时钟特性的隔离器产品，从而高效使用隔离通道。集成脉宽调制 (PWM) 控制器和变压器驱动器的隔离器在隔离栅上执行 DC/DC 转换，使电源生成也得到了简化。该系统还具有典型 DAQ信号链的许多常见特性，比如输入电路保护、可编程增益通道、高精度和高性能......