【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。

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）隻(zhi)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)所(suo)測(ce)參(can)數(shu)量(liang)的(de)模(mo)擬(ni)輸(shu)出(chu)。因(yin)此(ci)，需(xu)要(yao)許(xu)多(duo)精(jing)密(mi)準(zhun)確(que)的(de)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)輸(shu)入(ru)來(lai)生(sheng)成(cheng)數(shu)字(zi)輸(shu)出(chu)。然(ran)而(er)，模(mo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)隻(zhi)是(shi)工(gong)作(zuo)任(ren)務(wu)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)。生(sheng)產(chan)設(she)施(shi)中(zhong)的(de)節(jie)點(dian)
、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。

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。

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。

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。

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