高性能多路復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　高通道密度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于醫(yī)療成像、工業(yè)過程控制、自動測試設(shè)備和40G/100G光通信系統(tǒng)可將眾多傳感器的信號多路復(fù)用至少量ADC，隨后依序轉(zhuǎn)換每一通道。 多路復(fù)用可讓每個系統(tǒng)使用更少的ADC，大幅降低功耗、尺寸和成本。 逐次逼近型ADC——通常根據(jù)它們的逐次逼近型寄存器而稱它們?yōu)镾AR ADC——具有低延遲特性，因此適合用于要求對滿量程輸入階躍（最差情況）作出快速響應(yīng)而無任何建立時間問題的多路復(fù)用系統(tǒng)。 易于使用的SAR ADC提供低功耗和小尺寸。 本文重點(diǎn)討論與使用高性能精密SAR ADC的多路復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相關(guān)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)考慮因素、性能結(jié)果和應(yīng)用挑戰(zhàn)。

　　多路復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　多路復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求采用寬帶放大器，以便驅(qū)動ADC的滿量程（FS）輸入范圍時可以快速建立。 此外，對多路復(fù)用通道進(jìn)行開關(guān)和順序采樣必須與ADC轉(zhuǎn)換周期同步。 相鄰輸入之間的巨大電壓差使這些系統(tǒng)易受通道間串?dāng)_的影響。 為了避免產(chǎn)生誤差，完整的信號鏈（包括多路復(fù)用器和放大器）必須建立至所需精度——一般以串?dāng)_誤差或建立誤差表示。 圖顯示的是一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖，該系統(tǒng)包括多路復(fù)用器、ADC驅(qū)動器和SAR ADC。

　　多路復(fù)用數(shù)據(jù)采集信號鏈電路

　　圖4顯示多路復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的簡化信號鏈。 采用ADG774ADG774 CMOS多路復(fù)用器來選擇兩個差分通道之一。 若要評估此系統(tǒng)，可連續(xù)開關(guān)ADG774的正負(fù)差分輸入，以產(chǎn)生滿量程階躍。 兩個超低失真運(yùn)算放大器ADA4899-1緩沖多路復(fù)用器輸出，并驅(qū)動18位、5 MSPS PulSAR? ADC AD7960。 RC濾波器（33 Ω/56 pF）有助于減少來自AD7960容性DAC輸入端的反沖，并限制進(jìn)入AD7960輸入端的噪聲。

　　高性能、高通道密度、多路復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求具備可靠的性能、靈活的功能以及高精度，同時還要滿足功耗、空間和散熱要求。 本文提供根據(jù)關(guān)鍵設(shè)計(jì)考慮因素來選擇多路復(fù)用信號鏈元器件以實(shí)現(xiàn)預(yù)期性能的指南，以及如何在吞吐速率、建立時間和噪聲之間進(jìn)行權(quán)衡取舍。 該信號鏈可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能，滿量程范圍內(nèi)的5 MSPS串?dāng)_誤差不超過0.01%。