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平板式开关电源

工业信号电平的单电源ADC系统设计

发布日期:2022-04-26 点击率:37

滤波器网络,可提供差分和共模噪声滤波以及AD7176-2输入采样电容所需的动态充电。该网络还可隔离放大器输出,使其不受动态开关电容输入的反冲影响。共模带宽(RIN、C1)为59 MHz.差模带宽(2 × RIN、0.5C1 + C3)为9.8 MHz

  还可设置AD8475,使其接受单端信号。将-IN 0.4×输入接地,并对+IN 0.4×输入施加单端信号。

  AD7176-2 24位、Σ-Δ ADC对AD8475的输出进行采样,并转换为数字输出。转换速率和数字滤波器特性可针对5 SPS至250 kSPS的输出数据速率进行调节。

  AD7176-2可配置为两个全差分输入或四个伪差分输入。ADC支持最高50 kSPS的通道扫描速率。AD7176-2的无噪声位性能为17.2位(250 kSPS);20.8位(1 kSPS);以及21.7位(50 SPS)。

  图2表示输入接地时的总系统有效均方根噪声。数据速率为250 kSPS时,有效均方根噪声约为30 μV rms.请注意,满量程时,本电路的线性度在±10 V输入下达到最佳状态,计算时满量程输入设为20 V p-p.

  均方根输出噪声与输出数据速率的关系

  图2. 均方根输出噪声与输出数据速率的关系

  有效分辨率以位数表示,折合到20 V满量程输入范围的计算公式为:

  有效分辨率 = log2(FSR/均方根噪声)

  有效分辨率 = log2(20 V/30 μV) = 19.3位

  有效分辨率(均方根位数)与输出数据速率的关系

  图3. 有效分辨率(均方根位数)与输出数据速率的关系

  先将均方根噪声转换为峰峰值噪声近似值(均方根噪声乘以系数6.6),有效分辨率便可转换为无噪声代码分辨率。计算结果约为2.7位,随后将其从有效分辨率中扣除,以得到无噪声代码分辨率。如本例所示,经计算后,19.3位有效分辨率相当于16.6位无噪声代码分辨率。这一结果与AD7176-2在无缓冲短路输入情况下,输出数据速率为250 kSPS时的17.2位无噪声位规格相比,大约有0.3位的差异。这是由于本例仅采用±10 V作为满量程范围,而非±12.5 V的最大值。

  图4显示采用端点法获得的系统积分非线性,用满量程(FSR)的ppm表示。

  积分非线性(INL,以FSR的ppm表示)与输入电压的关系

  图4. 积分非线性(INL,以FSR的ppm表示)与输入电压的关系

  虽然本电路主要设计用于处理直流输入,但它也能转换低频交流输入。其失真性能随模拟输入幅度的变化而改变。图5和图6分别显示-1 dBFS和-6 dBFS以及1 kHz正弦波情况下的性能。由Audio Precision 2700系列音频源产生的正弦波直接输入AD8475.

  AD8475至AD7176-2的FFT性能(1 kHz、-1 dBFS输入音、16384点FFT)

  图5. AD8475至AD7176-2的FFT性能(1 kHz、-1 dBFS输入音、16384点FFT)

  AD8475至AD7176-2的FFT性能(1 kHz、-6 dBFS输入音、16384点FFT)

  图6. AD8475至AD7176-2的FFT性能(1 kHz、-6 dBFS输入音、16384点FFT)

  若要获得最佳的高分辨率系统性能,则出色的印刷电路板(PCB)布局、接地以及去耦技巧是必不可少的。详细信息,请参考指南MT-031、指南MT-101、AD8475数据手册及AD7176-2数据手册。欲查看完整原理图和印刷电路板的布局,请参见CN-0310设计支持包。

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