如何利用《ADI系统方案精选》开发新产品

好消息，为了方便广大工程师的设计与开发需求，有着设计宝典之称的《ADI系统方案精选》出到第五辑了。该书涵盖了工业仪表、能源、物联网、汽车电子、航空航天和防务以及医疗健康这六大方向的相关技术的解决方案。

本书到底有多么精彩实用呢？让我们以电机控制解决方案伺服控制为例看一下，这本书是如何帮你从入门到精通的。

概述

该书涵盖了工业仪表、能源、物联网、汽车电子、航空航天和防务以及医疗健康这六大方向的相关技术的解决方案。在提供的解决方案里，对于每个设计该书不仅给出了需要考虑的设计上的关键点和目前技术上面临的挑战，还给出了系统框图和信号链，清楚地表示出每个系统的基本组成和相互关系，方便了从事研发或者设计的工作人员从整体上了解并掌握复杂的电路，同时，从事研发或者设计的工作人员还可以根据该系统框图和信号链，在明确了框图中各个部分的任务后，对框图各个单元进行电路的设计、参数的计算和器件的选型，最后完成系统电路原理图的设计。该书为了进一步帮研发及设计人员更快更高效的开发产品，对于每个系统的设计，最后还提供了参考设计和演示板的介绍，这点正好符合所有研发和设计人员新产品开发的需求。

依据ADI系统方案研发产品举例介绍

这里以该书中，给出的第一个设计方案-电机控制解决方案伺服控制，为例来看一下这本书对于工程师的帮助有多大，从基础的元件选型到整体设计这本书写得都很清楚。

1、电机控制基础元器件选型

在系统设计考虑和主要挑战中，例如：ADI对于采样电路的精度的设计要求，要求达到至少12位精度，具备多通道以及同步采样功能的ADC，同时，也解释了为何要选12位精度的，因为“伺服控制中，高精度电流和电压检测可提高速度和扭矩控制性能。”这样就避免了新产品研发开始基础元件选型时，精度不高带来的麻烦。还有对于电机控制器的主控芯片，在本书中推荐了ADSP-CM408F和ADSP-CM419F两款芯片。

2、根据系统框图和信号链如何设计电路原理图介绍

做项目的朋友都清楚，在画原理图之前需要根据电路功能模块和性能指标要求给出系统框图，然后再根据系统框图的每个模块来设计合理的电路，厂家公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西，也应该是经过严格验证的，否则也会影响到他们的芯片推广应用，纵然参考他们设计的外围电路是值得我们信赖的。在本书中给出的系统框图和信号链如图1所示，这个图对于项目开发的至关重要的帮助。

图1 系统框图和信号链

将图1中的部分电路用红框勾画出来，详见在图2霍尔传感器及shunt检测模块框图。

图2 霍尔传感器及shunt检测模块框图 

在图2中，相电流检测电路中，三相电流应该用2个或者3个分流器（shunt）来测量，需要注意的是，如果用2个shunt则在主控器需要计算没有按shunt的那个相电流的大小，其中，霍尔传感器采集到的信号直接通过放大器（AMP）接的主控器。

在对图2中，给出的各个模块可能用到的IC芯片，该书中也通过列表形式展示给设计人员来参考，如下表一所示。

                     表一 电流和电压测量常用芯片

根据以上提供的设计参考，研发设计人员很容易完成，这里，选择AD7041来做电流的隔离ADC，并选择AD8646作为滤波放大器，选择AD8515用来做霍尔传感器采集信号的放大器（这里是依据ADI给的参考设计原理图，所以没有用该书中图表中给的参考芯片），则得到如图3所示霍尔传感器及shunt检测电路具体使用IC框图。

图3霍尔传感器及shunt检测电路具体使用IC框图

由于W、U、V三相的设计相同，所以很容易根据图3得到U相霍尔传感器采集模块的AD8515设计电路原理图，如图4所示。

图4 U相霍尔传感器采集模块的AD8515设计电路原理图

同理根据图3也可以很容易得到ISO_PowerADuM5000模块的原理图，如图5所示。

图5 ISO_PowerADuM5000模块的原理图

由于用了2个相电流检测分流器（shunt），这两个相电流检测电路在结构设计上也是相同的，因此这里给出V相采集相电流的原理图，同理根据图3也可以很容易得这shunt电路检测相电流后续电路Sigma-Delta ADC Modulator AD7401模块的原理图如下图6所示。

图6  Sigma-Delta ADC Modulator AD7401模块的原理图

至于图3中涉及的Filter AD8646电路如何给出用户可以自行参考这款芯片的数据手册来设计，这里不在给出该模块的电路原理图。

根据图1中的Isolated Gate Driver模块即IGBT的驱动模块，这个模块首先要完成驱动芯片的选择，设计人员可以根据根据芯片厂家给出来参考设计完成该模块的原理图，这里给出采用FSBB20CH60C芯片来设计该模块的电路原理图，具体如图7所示。

图7 Isolated Gate Driver模块

图1中，也涉及到了PFC电路，为了提高电网电力质量并降低消耗的谐波电流，需要使用功率因数校正，要用到PFC电路，一般需要的电压低，功率因数要求不高的，可以使用加入电容来提高功率因数，由于电机控制电路属于高压且功率因数要求严格，所以这种情况一下，一般采用三相维也纳PFC拓扑，由于这个维也纳PFC拓扑，TI给出了详尽的设计资料（包括原理图和程序），设计人员可以从ti的官方网站或者代理商处获得，因此，这里不给出PFC模块的原理图，仅给出PFC系统框图，如图8所示。

图8 PFC系统框图

同理，还可以分别完成图1 的系统框图和信号链中其他模块的原理图设计，将各个模块的电路原理图设计好后，只需将各个模块实际电路原理图按照框图中各个接口的连接方式连接到一起，就得到了产品最后的电路原理图，通过这个电路原理图形成的PCB板图就可用来生成电机控制器了。

总结

ADI系统方案精选为设计开发提供了详尽的系统开发框图，对各类器件的选型和各类产品开发需注意的事项给了详尽的介绍，对新产品的开发提速意义重大，该书值得设计人员参考及阅读。

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