ADI推出精密測量解決方案

從電氣化汽車、數字健康，到儀器儀表、智能工業、能源可持續性，以及任何高精度信號鏈中的嚴苛應用，精密技術信號鏈都在其中發揮著重要的作用，一個好的精密技術信號鏈允許在各種設計權衡之間輕松變換，以為應用創建優質的終端解決方案。

為幫助工程師更好地選用產品、熟悉開發平臺并完成相關設計，ADI特別推出《精密測量解決方案》手冊，包含技術文章、產品速遞、培訓信息等合計17條內容。

01使用高精度儀表放大器進行遠程檢測

儀表放大器(IA)是檢測應用的主力。本文將探討一些利用儀表放大器的平衡和出色直流/低頻共模抑制(CMR)特性的方法，使得儀表放大器配合阻性傳感器(例如應變計)使用，傳感器與放大器在物理上分離。本文將提出一些提高此類增益級的抗噪性，同時降低其對電源變化和元件漂移的敏感性的方法。文章還會提供實測性能值和結果以展示精度范圍，方便最終用戶應用進行快速評估。 屏蔽雙絞線不是對長電纜線路上的所有干擾都能抑制。在這種情況下，不能依靠儀器的良好平衡輸入來消除CM影響。長電纜拾取的干擾對放大器正負輸入的影響是不均衡的，而且輸入包含CMR無法消除的不相關信號。因此，如圖1所示，由于對CM噪聲(看似如此)的響應不平衡，在電路輸出端發現明顯噪聲并不奇怪。

圖1.麻煩的放大器輸出端120Hz噪聲(0.1V/div，2 ms/div)。 為了從CM(直流和干擾)中成功提取很小的電橋差分電壓，一種解決方案是使用兩對屏蔽或非屏蔽雙絞線(UTP)。這樣，儀表放大器的兩個輸入實現均衡，受到的CM噪聲影響相同，諸如LT6370之類的器件具有出色的低頻CMR (120dB)，能夠可靠地抑制困擾IA輸入的噪聲。結果，即使在嘈雜的環境中，遠距離輸出波形也很干凈。

圖2.使用兩根非屏蔽雙絞線進行遠程檢測 電橋傳感器遠離信號處理放大器，需要儀表放大器來提取干凈的實測差分電壓。LT6370儀表放大器的特性使其能夠成功處理遠程傳感器通過長電纜傳來的信號。LT6370制造工藝在生產測試期間調用片內加熱器來保證溫度漂移值，進一步增強了LT6370對遠程監控應用的適應性，并延長了其在難以維修的設備中的使用壽命和產品壽命。 …… 下載手冊閱讀全文，了解如何簡化配置及計算

02復合放大器：高精度的高輸出驅動能力

要開發的應用似乎不存在解決方案是很正常的，甚至幾乎是情理之中的。為了滿足應用要求，我們需要想出一種超出市場上現有產品性能的解決方案。例如，應用可能需要具有高速、高電壓、高輸出驅動能力的放大器，同時還可能要求出色的直流精度、低噪聲、低失真等。

滿足速度和輸出電壓/電流要求的放大器以及具有出色直流精度的放大器在市場上很容易獲得，事實上很多都是如此。但是，所有這些要求可能無法通過單個放大器來滿足。當遇到這樣的問題時，有些人會認為我們不可能滿足此類應用的要求，我們必須滿足于平庸的解決方案，要么選用精密放大器，要么選用高速放大器，可能要犧牲一些要求。幸運的是，這并非全然正確。對此，有一種解決方案是采用復合放大器，本文將說明它是如何實現的。

復合放大器由兩個獨立的放大器組成，其配置方式使得人們既能實現每個放大器的優點，又能削弱每個放大器的缺點。

圖3. 簡單復合放大器配置。

初遇復合放大器時，第一個問題可能是如何設置增益。為了解決這個問題，將復合放大器視為包含在大三角形內的單個同相運算放大器是有幫助的：想象大三角形是黑色的，我們無法看清里面的東西，那么同相運算放大器的增益就是1 +R1/R2。揭開大三角形內部的復合配置并沒有改變任何東西，整個電路的增益仍然由R1和R2的比率控制。

圖4.復合放大器被視為單個放大器

與配置為相同增益的單個放大器相比，實現復合放大器的主要優點之一是帶寬更寬。

03新一代SAR ADC

解決精密數據采集信號鏈設計的難點

許多應用都要求采用精密數據采集信號鏈以數字化模擬數據，從而實現數據的精確采集和處理。精密系統設計師面臨越來越大的壓力，需要找到創新的辦法，提高性能、降低功耗，同時還要在小型PCB電路板上容納更高的電路密度。本文旨在討論精密數據采集信號鏈設計中遇到的常見難點，探討如何運用新一代16位/18位、2MSPS、精密逐次逼近寄存器(SAR)ADC解決這些難點。

圖5. 典型的精密數據采集信號鏈。

要求精密數據采集系統的應用(如自動化測試設備、機械自動化、工業和醫療儀器儀表)呈現出通常被認為在技術上相沖突的共同趨勢。例如，系統設計師被迫在性能上妥協，以維持緊張的系統功率預算，或者在電路板上保留較小的面積以實現高通道密度。這些精密數據采集信號鏈的系統設計師在多個方面面臨著共同的挑戰：驅動SAR ADC輸入;保護ADC輸入以使其免受過壓事件影響;用單電源降低系統功耗;用低功耗微控制器和/或數字隔離器實現更高的系統吞吐量等。

AD4000/AD4003系列是基于SAR架構的快速、低功耗、單電源、16位/18位精密ADC。

圖6. AD4000/AD4003 ADC的主要優勢。

AD4000/AD4003精密ADC系列將高性能與簡單易用的特性獨特地結合在一起，可以降低系統復雜性，簡化信號鏈BOM，并大幅縮短上市時間。借助該系列，設計師可以解決精密數據采集系統的系統級技術挑戰，并且無需做出重大折衷。例如，留給用戶更長的采集時間、高輸入阻抗(Z)模式和跨度壓縮模式等特性在AD4000/AD4003 ADC系列中的結合可以減少與ADC驅動器級設計相關的挑戰，增加ADC驅動器選擇的靈活性。這樣就可以降低系統總功耗，提高密度，縮短客戶設計周期。通過SPI接口寫入配置寄存器，可以使能/禁用多數簡單易用的特性。注意，AD4000/AD4003 ADC系列與10引腳AD798x/AD769x ADC系列引腳兼容。

原文標題：新鮮出爐!一套聚焦精密測量的解決方案

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審核編輯：湯梓紅