一款高性能低功耗數據采集系統的設計分析

　電路功能與優勢
　　越來越多的應用要求數據采集系統必須在極高環境溫度下可靠地工作，例如井下油氣鉆探、航空和汽車應用等。圖1所示電路是一個16位、600 kSPS逐次逼近型模數轉換器（ADC）系統，其所用器件的額定溫度、特性測試溫度和性能保證溫度為175°C.很多此類惡劣環境應用都采用電池供電，因此該信號鏈針對低功耗而設計，同時仍然保持高性能。
　　AD7981 ADC需要2.4 V至5.1 V的外部基準電壓源，本應用選擇的基準電壓源為微功耗2.5 V精密基準源ADR225，后者也通過了高溫工作認證，并具有非常低的靜態電流（210°C時最大值為60μA）。
　　本電路使用低功耗（600 kSPS時為4.65μA）、耐高溫PulSAR ADC AD7981，它直接從耐高溫、低功耗運算放大器AD8634驅動。
　　本設計中的所有IC封裝都是專門針對高溫環境而設計，包括單金屬線焊。此外，本設計說明了無源元件、印刷電路板（PCB）材料和建構技術的選擇，以使其能在極端溫度下工作，并且提供了完整的設計支持包，包括物料清單、原理圖、裝配和布局文件。
　　
　　圖1.耐高溫數據采集系統（原理示意圖：未顯示去耦和所有連接）
　　電路描述
　　模數轉換器
　　本電路的核心是16位、低功耗、單電源ADC AD7981，它采用逐次逼近架構，最高支持600 kSPS的采樣速率。如圖1所示，AD7981使用兩個電源引腳：內核電源（VDD）和數字輸入/輸出接口電源（VIO）。VIO引腳可以與1.8 V至5.0 V的任何邏輯直接接口。VDD和VIO引腳也可以連在一起以節省系統所需的電源數量，并且它們與電源時序無關。
　　在兩次轉換之間，AD7981自動關斷以節省功耗。因此，功耗與采樣速率成線性比例關系，使得該ADC對高低采樣速率（甚至低至數Hz）均適合，并且可實現非常低的功耗，支持電池供電系統。此外，可以使用過采樣技術來提高低速信號的有效分辨率。
　　AD7981有一個偽差分模擬輸入結構，可對IN+與IN？輸入之間的真差分信號進行采樣，并抑制這兩個輸入共有的信號。IN+輸入支持0 V至VREF的單極性、單端輸入信號，IN？輸入的范圍受限，為GND至100 mV.AD7981的偽差分輸入簡化了ADC驅動器要求并降低了功耗。AD7981采用10引腳MSOP封裝，額定溫度為175°C.圖2給出了連接示意圖。