PGIA可以简化数据采集系统设计

最新更新时间:2013-06-23来源: EDN关键字:PGIA  数据采集  AD8250 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

AD8250(G=1、2、5或10)数字可编程增益仪表放大器(PGIA)采用最新工艺和新的电路技术以减小尺寸并且提高数据采集和过程控制应用的性能。其软件增益控制允许设计工程师简单地设置其精密模拟前端。AD8250通过集成匹配电阻、开关以及运算放大器,减少了器件数量。这款产品具有快速建立时间、低失真以及低噪声,从而使其成为驱动模数转换器(ADC)的理想放大器,而无需额外的缓存器,从而进一步减少了所需器件的数量。

数据采集系统一般与具有在1 mV~±10 V之间变化的满量程输出信号的各种传感器连接。这些传感器也具有多种输出阻抗,因此数据采集前端必须提供高输入阻抗以避免负载误差。仪表放大器通常用于调理来自传感器的差分信号。然而,由于信号大小变化较大,因此需要许多不同的增益。AD8250适合于解决数据采集系统设计工程师所面临的四大难题, 最大程度地提高ADC的性能;提供对模拟信号调理的数字控制;占用更小的PCB面积;并且降低成本。

四大设计难题的解决

第一个难题是在不降低ADC性能的情况下提供信号调理。当今最新的ADC具有非常高的信噪比(SNR),例如16位ADC通常可提供90 dB的SNR。前端应提供共模抑制和增益。此外,其输出必须在ADC的采集时间内建立。

第二个难题是设计增益可编程模拟信号调理电路。数据采集系统具有多种软件控制功能。最方便的产品应具有数字控制模拟前端。当前,设计工程师必须设计他们自己的解决方案,因为现有的混合信号解决方案并不能提供令人满意的模拟性能。AD8250基于ADI公司专有技术双极性CMOS工艺的iCMOS技术,它通过在鲁棒的高压数字逻辑电路中集成精密线性器件解决该难题。AD8250允许设计工程师使用软件设置增益。另外,不使用FPGA或微控制器设置增益的设计工程师也可以选择将增益引脚连接到电源电压上,电源电压最高达+15 V。其灵活的增益设置接口允许PGIA用于不同的电路拓扑。

设计工程师面临的第三个难题是将电路固定在更小的PCB板内。AD8250采用10引脚MSOP封装,这种封装面积大约是8引脚SOIC封装的1/2,并且比现有解决方案减少了90%以上。更小的封装面积意味着可以在PCB上放置更多的器件,从而允许设计工程师为其产品增加额外的数据通道。

第四个难题是降低成本。虽然数据采集系统设计工程师的主要目标是提高系统性能,但降低总成本也不容忽视。这些成本包括花费在产品研发上的时间和金钱到维持最终产品中的元器件总数。数据采集设计工程师通过设计可以共享同一平台的数据采集系统以重复利用能够工作的系统器件,从而降低器件成本。通过重复利用已有模块,设计工程师节省了开发时间和成本。AD8250之后还有AD8251(增益为1、2、4或8)和(增益为1、10、100或1000)两种同系列产品,这有助于解决上述难题。所有这三款产品都引脚兼容。设计工程师可以将AD8250用于需要低增益的产品,而将用于需要更高增益同时使用相同ADC和逻辑电路的其它产品。它们可以减少器件目录成本并且通过最大程度减少所使用的不同器件数量提高购买能力。

三项主要技术

AD8250采用了三项主要技术。第一项技术是能够达到-110 dB总谐波失真(THD)的失真消除电路。不同于为达到同样级别THD但消耗10mA以上电流的放大器,该器件仅消耗4mA电源电流即可达到该指标。功率节省非常有用,特别对于将许多器件封装在超小面积中而没有风扇制冷的超小PCMCIA数据采集产品。除了低失真外,AD8250能够在615ns内达到16位的分辨率。其20 V/μs的转换率适合于使用多路复用器-切换通道的应用。AD8250通过使用并行端口可在小于375 ns内切换增益。

第二项技术是开关型、内部匹配并且经激光调整的电阻。在过去,设计工程师通过使用外部精密电阻和开关设计他们自己的可设置增益放大器。匹配电阻非常昂贵,每阵列花费15美元以上,但匹配电阻是维持高共模抑制(CMR)和低增益漂移所必需的。用于选择不同增益设置电阻的开关会随着温度的升高而增加误差。此外,开关会产生降低随频率变化的CMR的寄生电容。相比之下,AD8250集成了经激光调整的内部电阻和可以减小开关寄生电容影响的电路拓扑,从而允许其在50kHz内达到90 dB的CMR(G=10)。该技术解决了设计PGIA的难题并且提高了性能。第三项技术改进是精心的设计使这款放大器易于使用。例如,保持带宽在大部分增益(G=1、2或5)内恒定不变。虽然AD8250是一款电压反馈仪表放大器,但其为每种增益使用了传统的内部补偿电容器。因此,设计工程师希望为几种增益维持10MHz的带宽。

 

图1:AD825X DAQ演示板的简化原理图。

图1所示是AD825x DAQ演示板中AD8250的电气原理图。这是一个仅使用少量IC的高性能数据采集信号链的设计实例。ADG1209用于为AD8250增加四个差分通道。ADG1209具有低输入电容,从而使其适合于快速多路技术。AD8250可直接驱动AD7612,这是一款750 kSPS采样率的16位ADC。AD7612具有可以采样±10V信号的开关电容输入。相反,如果使用+5V ADC,由于许多工业信号是±10V,则需要降压。ADR435可为AD7612提供参考电压。1 nF的电容器与49.9 ???阻器为AD7612构成反锯齿滤波器。49.9 Ω的串行电阻器可以减小来自放大器1 nF负载的负担并且将其与来自AD7612开关电容器输入影响不好的电流注入隔离。FPGA可控制ADC、PGIA和MUX。请注意所有这三种混合信号器件都基于iCMOS工艺构建。图2所示是使用该演示板调理1kHz信号的软件快速傅立叶变换(FFT)的结果。总谐波失真是-111 dB,信噪比是91 dB。图3所示是AD825X DAQ演示板的图片。

 

图2:AD825X DAQ演示板对1 kHz信号的快速傅立叶变换结果。

 

图3:AD825X DAQ演示板照片。

进一步提高集成度、减小尺寸并且实现智能化的市场趋势造就了对AD8250系列的需要。iCMOS等工艺的发展、失真消除电路等电路的改进以及对放大器应该简化使用的理解共同推动了这种可编程增益仪表放大器的发展。

关键字:PGIA  数据采集  AD8250 编辑:探路者 引用地址:PGIA可以简化数据采集系统设计

上一篇:以高瓦数数字放大器进行设定
下一篇:全差分驱动器开启高速ADC的高性能应用之门

推荐阅读最新更新时间:2023-10-17 15:46

AVR单片机在多回路数据采集器中的应用
1 引言 AVR系列单片机 是ATMEL公司于1997年推出的具备高速处理能力的单片机,它采用Harvard总线结构,程序存储器和数据存储器分离,可对具有相同地址的程序存储器和数据存储器进行独立寻址的功能。AVR单片机具有良好的集成性能,具备在线编程接口等功能,在自动控制、智能仪表、数据采集系统、家用电器等中有广泛的应用。 ATmega系列单片机属于AVR中的高档产品,它承袭了AT90所具有的特点,并在AT90的基础上,增强了更多的接口功能,而且在省电性能、稳定性、抗干扰性及灵活性方面都更加周全和完善。ATmega128单片机是目前ATmega系列单片机中功能最强的一个型号,最高工作频率可达16MHZ
[单片机]
AVR单片机在多回路<font color='red'>数据采集</font>器中的应用
在MCU系统中如何利用ADC技术进行数据采集
使用MCU的系统设计人员受益于摩尔定律,即通过更小封装、更低成本获得更多的丰富特性功能。嵌入式系统设计人员和MCU厂商关心数据采集系统的三个基本功能:捕获、计算和通信。理解全部功能对设计大有帮助,本文将主要关注数据采集系统的捕获阶段。 捕获 复杂的混合信号MCU必须能够从模拟世界中捕获某些有用信息,并且能够把连续时间信号转换成离散的数字形式。模数转换器(ADC)是完成这项任务最重要的MCU外设,因此ADC的性能往往决定何种MCU适用于何种应用。MCU也能够通过各种串行或并行数字I/O接口捕获来自外部信号源的数字形式的系统信息。 计算 信号捕获后,需要对捕获数据进行某些处理;有时仅仅需要模数转换,但是更多情况下必须要对捕获的数据样本
[电源管理]
在MCU系统中如何利用ADC技术进行<font color='red'>数据采集</font>
如何构建交流和直流数据采集信号链
简介 模数转换器(ADC)中的采样会产生混叠和电容反冲问题,为此设计人员使用滤波器和驱动放大器来解决,但这又带来了一系列相关挑战。尤其是在中等带宽应用中,实现精密直流和交流性能面临挑战,设计人员最终不得不降低系统目标。 本文介绍连续时间Σ-Δ ADC,通过简化信号链来有效解决采样问题。采用这种方法无需使用抗混叠滤波器和缓冲器,并可解决与额外组件相关的信号链失调误差和漂移问题。进而可缩小解决方案尺寸,简化设计,并改善系统的相位匹配和整体延迟。 本文还将连续时间转换器与离散时间转换器进行了比较,并着重介绍使用连续时间Σ-Δ ADC的系统优势和存在的限制。 采样基本原理 数据数字化包含采样和量化两个基本过程,如图1所
[模拟电子]
如何构建交流和直流<font color='red'>数据采集</font>信号链
基于McBSP的高速串行数据采集系统设计
1. 序言 本文介绍了基于TI公司的新一代DSP芯片TMS320C6711和AD公司的串行模数转换芯片AD974的嵌入式数据采集系统的设计方法。 TMS320C6711是32bit浮点信号处理器,核心电压1.8V,工作频率100-150MHz,2级Cache,运算速度 900MFLOPS。其多通道缓冲串口(Multi-channel Buffered Serial Port,McBSP)可直接与AD974进行串口连接,为系统提供高性能的A/D转换和数据处理能力。 AD974是美国模拟器件公司生产的一个200kSPS、4通道、16位数据采集系统。具有高通过率、低功耗、高精度等特性,此外,该器件还集成了外围器件,
[单片机]
基于McBSP的高速串行<font color='red'>数据采集</font>系统设计
车载低端图像数据采集压缩存储及传输系统的实现
概述 在某些需要无人控制自动监视的场合,采用常规的图像监视系统具有一些不可避免的弊端,例如:设备体积于庞大、采购费用高、需要足够的电源供应、无法重复录制等等。尤其在不需要连续图像采集的场合,常常无法采用常规的图像监视系统。根据长途汽车对上车人员进行记录的应用要求,开发了一套基于EZ- USB 的低端图像数据采集存储及传输系统。 本系统采用OmniVision公司的 CMOS 图像 传感器 OV7620作为采集芯片,Zoran公司的ZR36060作为数据压缩芯片, Cypress 的带USB接口的 单片机 AN2131QC作为总控制芯片和USB数据传输芯片。由于长途汽车的乘客上下车是非连续的过程,对图像数据的保存要
[单片机]
车载低端图像<font color='red'>数据采集</font>压缩存储及传输系统的实现
Niosll和USB接口的高速数据采集卡设计
    引 言 随着现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高,在瞬态信号测量、图像信号处理等一些高速、高精度的测量中,都迫切需要进行高速数据采集(如雷达信号分析、超音波信号分析);而进行数字处理的先决条件是将所研究的对象数字化,因此数据采集与处理技术日益得到重视。在图像信号处理、瞬态信号检测、工业过程检测和监控等领域,更是要求高速度、高精度、高实时性的数据采集与处理技术。现在的高速数据采集处理卡一般采用高性能数字信号处理器(DSP)和高速总线技术的框架结构。DSP用于完成计算量巨大的实时处理算法,高速总线技术则完成处理结果或者采样数据的快速传输。DSP主要采用TI和ADI公司的产品,高速总线可以采用ISA、PCI
[嵌入式]
ADI高精度高速DAQ μModule®可实现更小的解决方案
ADI高精度高速DAQ μModule®可实现更小的解决方案尺寸并缩短上市时间 中国,北京—Analog Devices, Inc. (ADI)今天推出一款16位、15 MSPS数据采集μModule®解决方案,用于数字化电源分析应用中的快速瞬变信号,从而实现硬件在环(HiL)应用或源测量单元应用中的低延迟数字控制环路。新型ADAQ23875集成了与调节传感器信号相关的关键信号调理电路,与对应的分立式解决方案相比,尺寸缩减了4倍。 通过将设计人员的器件选择、优化和布局的工作转移给器件,ADAQ23875有效地缩短高精度高速测量系统的开发周期。ADAQ23875在一个封装中集成了多个信号链,可在系统生命周期内实现系统级
[电源管理]
ADI高精度高速DAQ μModule®可实现更小的解决方案
基于PLC控制的自动裁剪设备如何实现数据采集远程监控
PLC控制的自动裁剪设备适用于切割各种材料,可以控制切割材料的移动速度、移动行程、切割材料的长度和数量等,可以大大提供工作效率,节省大量的人工成本。通过工业智能网关采集数据并上传到监控平台,可以远程监控生产流程和设备运行状态,是工厂实现数字化管理必须解决的重要问题。 PLC下控的自动裁剪设备可以通过串口网口连接到物通博联工业智能网关,由网关进行协议解析和数据采集,将设备数据采集上传到监控平台(本地上位机、云平台、触摸屏等),从而远程监控设备运行状态、设备故障快速报警并远程维护,有效保证裁剪效率与成品品质。 系统优势 1、数据采集 网关支持采集各品牌PLC(西门子、三菱、欧姆龙、施耐德、台达、汇川等),内置丰富协议库,自动化
[嵌入式]
基于PLC控制的自动裁剪设备如何实现<font color='red'>数据采集</font>远程监控
小广播
最新电源管理文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved