【導讀】本文介紹新一代多路複用模數轉換器(ADC)如何提供更多通道
、更深入的信號鏈集成、靈活性和魯棒性優勢

，以簡化複雜係統設計
，從而支持在先進工廠和生產設施中實現自動化和過程控製。

簡介

在現代生產設施中，適當的模擬前端(AFE)對於實現穩定可靠、精密準確的模數轉換至關重要。由於不同係統和機器之間存在差異
，通常情況下，可以使用可編程邏輯控製器(PLC)來控製許多複雜的參數。為此，將通過模擬輸入模塊來利用不同的傳感器和信號。許多傳感器（例如壓力、流量、溫度和稱重量傳感器）tigongdaibiaosuocecanshuliangdemonishuchu。yinci，xuyaoxuduojingmizhunquedemonixinhaoshurulaishengchengshuzishuchu。raner，moshuzhuanhuanzhishigongzuorenwudeyibufen。shengchansheshizhongdejiedian、傳感器、模擬輸入模塊和PLC之間相互連接，生產環境中也充斥著電氣噪聲和其他幹擾因素（如EMI）。因此，穩定可靠的ADC對於在如此惡劣的條件下有效運行至關重要。

新型多路複用ADC具有高集成度、高精度
，高度靈活且穩定可靠

PLC包含許多模擬電壓輸入，用以監控其係統，因此通道數較多。

例如

，可以使用具有11個單端輸入或6個帶緩衝器的差分輸入的ADC來(lai)實(shi)現(xian)高(gao)通(tong)道(dao)數(shu)。單(dan)端(duan)或(huo)差(cha)分(fen)輸(shu)入(ru)特(te)性(xing)使(shi)其(qi)可(ke)以(yi)與(yu)不(bu)同(tong)傳(chuan)感(gan)器(qi)輕(qing)鬆(song)連(lian)接(jie)。此(ci)外(wai)，對(dui)於(yu)使(shi)用(yong)外(wai)部(bu)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)進(jin)行(xing)電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)的(de)情(qing)況(kuang)，將(jiang)其(qi)中(zhong)一(yi)些(xie)通(tong)道(dao)分(fen)配(pei)到(dao)較(jiao)低(di)輸(shu)入(ru)範(fan)圍(wei)非(fei)常(chang)有(you)用(yong)。在(zai)現(xian)代(dai)多(duo)路(lu)複(fu)用(yong)ADC中，例如AD411x係列中的某些器件，此類檢測電阻已集成到器件中。

AFE還集成了關鍵的無源元件
，例如采用ADI公司iPassives®技術的高精度
、低漂移
、匹配的1 MΩ和10 MΩ分壓器，因此無需昂貴的外部元件。這樣，可以充分縮減解決方案的尺寸、重量和電路板空間
，在實現更高密度的同時，空間利用也更加優化。

圖1.新一代多路複用ADC的內部結構

新型多路複用ADC（例如AD4116）是一款低功耗、低噪聲
、24位Σ-Δ型ADC，其中集成了極高阻抗AFE。圖1顯(xian)示(shi)了(le)該(gai)器(qi)件(jian)的(de)內(nei)部(bu)結(jie)構(gou)。為(wei)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)靈(ling)活(huo)性(xing)，輸(shu)入(ru)可(ke)以(yi)獨(du)立(li)配(pei)置(zhi)。每(mei)種(zhong)設(she)置(zhi)都(dou)允(yun)許(xu)用(yong)戶(hu)使(shi)能(neng)或(huo)禁(jin)用(yong)緩(huan)衝(chong)器(qi)，校(xiao)正(zheng)增(zeng)益(yi)和(he)失(shi)調(tiao)，選(xuan)擇(ze)濾(lv)波(bo)器(qi)類(lei)型(xing)
，選(xuan)擇(ze)輸(shu)出(chu)數(shu)據(ju)速(su)率(lv)(ODR)，以及選擇基準電壓源。

靈活選擇不同的基準電壓源


，有助於輕鬆完成設計任務。這些多路複用ADC具有多種基準電壓源選項，例如：內部低漂移2.5 V電壓源，通過差分Ref+和Ref-引腳提供的外部基準電壓源

，或使用模擬電源(AVDD-AVSS)。對於外部基準電壓源，此類ADC的兩個基準輸入端均有真正的軌到軌
、集成精密單位增益緩衝器。這些緩衝器具有高輸入阻抗
，使外部高阻抗信號源可以直接連接到這些輸入。

同樣，使用該ADC的用戶可以選擇時鍾源
，例如內部振蕩器
、外部晶振或外部時鍾，這種靈活性可簡化設計過程。

在模擬端
，從外設接收外部電壓的輸入端是決定多路複用ADC穩健性的關鍵因素。使用5 V單電源時，AD4116等現代多路複用ADC可以實現高達±20 V的輸入範圍。該ADC甚至可以接受超出這些範圍的輸入電壓而不會損壞器件
，因為其絕對最大額定值為±65 V。然而，在該輸入範圍內
，精度上可能會有所損失。TVS等外部保護器件（如圖2所示）可以在超出絕對最大額定值時保護ADC。在數字端
，CRC校驗增強了接口的穩健性。

ADC輸入端的RC低通濾波器（如圖2所示）有助於抗混疊和噪聲濾波。重要的一點是，濾波電阻與ADC的輸入阻抗串聯放置。此電阻會影響內部分壓比
，導致增益誤差。不過，當ADC的輸入阻抗非常高（例如10 MΩ）時，分壓誤差將非常小。例如

，如果使用180 Ω
，誤差僅為0.0018%左右。此外，該誤差可以通過係統校準或調整增益設置來消除。前者可利用新型多路複用ADC提供的校準模式來完成。這些現代ADC具有四種子校準模式：內部零電平
、內部滿量程、係統零電平和係統滿量程。

除校準模式外
，對於正常操作，還提供其他選項，包括連續轉換模式、連續讀取模式或單次轉換模式。為了在功耗預算有限的係統中節省功耗

，用戶還可以激活待機或關斷模式。

額外的集成功能

新型多路複用ADC的高集成度帶來了更大的靈活性
，尤其是在典型的自動化應用中。例如，有四個集成通用輸入輸出(GPIO)引腳，其中兩個可配置為數字輸入或輸出，而另外兩個可以單獨配置為數字輸出(GPO)。這些GPIO或GPO引腳可用於控製額外的外部多路複用器。利用外部多路複用器可以進一步增加通道數。另一個集成特性是可編程延遲模塊

，它可以在ADC開始采樣之前使能。此延遲可以使外部多路複用器或放大器穩定下來。默認情況下，新型ADC生成24位轉換結果。但是，轉換結果的寬度可以通過一個控製位減少到16位，以便簡化某些微控製器的數據處理。

集(ji)成(cheng)式(shi)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)監(jian)控(kong)器(qi)件(jian)工(gong)作(zuo)的(de)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)。它(ta)還(hai)可(ke)用(yong)於(yu)診(zhen)斷(duan)目(mu)的(de)，或(huo)者(zhe)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)指(zhi)標(biao)來(lai)判(pan)斷(duan)應(ying)用(yong)電(dian)路(lu)是(shi)否(fou)必(bi)須(xu)運(yun)行(xing)校(xiao)準(zhun)例(li)程(cheng)以(yi)補(bu)償(chang)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)的(de)可(ke)能(neng)變(bian)化(hua)。

圖2.典型連接圖

結論

新型多路複用ADC精jing度du高gao且qie易yi於yu集ji成cheng，可ke滿man足zu現xian代dai生sheng產chan設she施shi和he工gong業ye應ying用yong對dui高gao性xing能neng和he魯lu棒bang性xing日ri益yi增zeng長chang的de需xu求qiu。與yu此ci同tong時shi，設she計ji人ren員yuan獲huo得de了le更geng大da的de靈ling活huo性xing
，可ke以yi更geng快kuai速su輕qing鬆song地di滿man足zu係xi統tong性xing能neng要yao求qiu。

關於ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領先的半導體公司，致力於在現實世界與數字世界之間架起橋梁
，以實現智能邊緣領域的突破性創新。ADI提供結合模擬
、數字和軟件技術的解決方案
，推動數字化工廠、汽車和數字醫療等領域的持續發展，應對氣候變化挑戰，並建立人與世界萬物的可靠互聯。ADI公司2022財年收入超過120億美元
，全球員工2.4萬餘人。攜手全球12.5萬家客戶，ADI助力創新者不斷超越一切可能。更多信息
，請訪問www.analog.com/cn。

關於作者

Hakan Uenlue是ADI公司高級現場應用工程師。他擁有斯圖加特大學電氣和電子工程碩士學位。他於2015年加入ADI公司，在此之前曾擔任硬件開發人員和現場應用工程師。

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻
、圖片、文字如涉及作品版權問題
，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

抑製SPE單對以太網幹擾：想找好用的電感器，往這兒瞧！

直擊碳排放核心來源
，看這些芯片如何造就高能效工業設備？

滿足5G網絡應用需求的小型化連接器

QSPICE發明者隨筆——利用寬帶隙FET簡化高壓調節

直流電機：運行階段
、故障檢測和保護以及直流電機驅動器應用