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175°C室温下的高温数据采集参考设计

Jeff Watson?? Maithil Pachchigar?? 2015年10月23日 ?? 收藏1
本文中,我们提供了一个新的高温数据采集参考设计,该设计在室温至175°C温度范围内进行特征化。该电路旨在提供一个完整的数据采集电路构建块,可获取模拟传感器输入、对其进行调理,并将其特征化为SPI串行数据流。该设计功能非常丰富,可用作单通道应用,也可扩展为多通道同步采样应用。由于认识到低功耗的重要性,该ADC的功耗与采样速率成线性比例关系。该ADC还可由基准电压源直接供电,无需额外的电源轨,从而不存在功率转换相关的低效率。这款参考设计是现成的,可方便设计人员进行测试,包含全部原理图、物料清单、PCB布局图和测试软件。

图1. 井下仪器数据采集信号链。
图1. 井下仪器数据采集信号链。

图2. 数据采集电路简化原理图。
图2. 数据采集电路简化原理图。

电路概览

图1所示电路是一个16位、600 kSPS逐次逼近型模数转换器系统,其所用器件的额定温度、特性测试温度和性能保证温度为175°C。很多恶劣环境应用都采用电池供电,因此该信号链针对低功耗而设计,同时仍然保持高性能。

本电路使用低功耗(600 kSPS时为4.65 mW)、耐高温PulSAR? ADC AD7981,它直接从耐高温、低功耗运算放大器AD8634驱动。AD7981 ADC需要2.4 V至5.1 V的外部基准电压源,本应用选择的基准电压源为微功耗2.5 V精密基准源ADR225,后者也通过了高温工作认证,并具有非常低的静态电流(210°C时最大值为60 μA)。本设计中的所有IC封装都是专门针对高温环境而设计,包括单金属线焊。

模数转换器

本电路的核心是16位、低功耗、单电源ADC AD7981,它采用逐次逼近架构,最高支持600 kSPS的采样速率。如图1所示,AD7981使用两个电源引脚:内核电源 (VDD) 和数字输入/输出接口电源 (VIO)。VIO引脚可以与1.8 V至5.0 V的任何逻辑直接接口。VDD和VIO引脚也可以连在一起以节省系统所需的电源数量,并且它们与电源时序无关。图3给出了连接示意图。

AD7981在600 kSPS时功耗典型值仅为4.65 mW,并能在两次转换之间自动关断,以节省功耗。因此,功耗与采样速率成线性比例关系,使得该ADC对高低采样速率——甚至低至数Hz——均适合,并且可实现非常低的功耗,支持电池供电系统。此外,可以使用过采样技术来提高低速信号的有效分辨率。

图3. AD7981应用图。
图3. AD7981应用图。

AD7981有一个伪差分模拟输入结构,可对IN+ 与IN? 输入之间的真差分信号进行采样,并抑制这两个输入共有的信号。IN+ 输入支持0 V至VREF的单极性、单端输入信号,IN? 输入的范围受限,为GND至100 mV。AD7981的伪差分输入简化了ADC驱动器要求并降低了功耗。AD7981采用10引脚MSOP封装,额定温度为175°C。

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低功耗? 数据采集?

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