移動性的實現是擯棄台式儀器儀表的一個因素。基於定製和機架的大型係統從物流角度來講有局限性。將工作櫃/桌zhuo麵mian設she備bei分fen拆chai成cheng較jiao小xiao的de節jie點dian可ke實shi現xian自zi定ding義yi配pei置zhi，並bing針zhen對dui測ce試shi站zhan點dian或huo對dui象xiang的de環huan境jing和he尺chi寸cun優you化hua儀yi器qi儀yi表biao。通tong過guo將jiang測ce量liang儀yi器qi儀yi表biao拆chai分fen成cheng較jiao小xiao的de節jie點dian可ke以yi改gai善shan移yi動dong性xing，並bing減jian少shao接jie線xian和he安an裝zhuang麻ma煩fan。與yu本ben地di移yi動dong儀yi器qi儀yi表biao的de接jie線xian連lian接jie比bi部bu署shu長chang線xian纜lan回hui到dao中zhong央yang機ji架jia或huo台tai式shi儀yi器qi儀yi表biao容rong易yi。花hua在zai驗yan證zheng接jie線xian和he更geng正zheng錯cuo誤wu接jie線xian上shang的de時shi間jian也ye能neng節jie省sheng下xia來lai。尺chi寸cun的de變bian化hua暫zan且qie不bu論lun，對dui最zui佳jia測ce試shi性xing能neng
、確定性以及精度的要求依然存在。

 

應用領域

 

高動態範圍的模塊化平台儀器儀表是二十一世紀測量設備的基本要求。儀器儀表為各式各樣專業領域的進一步創新、研究和開發提供了所需的測量能力。

 

●   材料科學研發領域的測試，從風車葉片的結構分析到渦輪機的健康程度、維護保養和電氣輸出。

 

●   測量應力/壓電傳感器的輸出、調理電壓並實現量化分析以便進行結構健康和材料開發，同時提供無幹擾的清晰測量。

 

●   汽車座艙噪聲測量。原型開發期間對座艙內的麥克風輸出進行數字化，實現更快速、更精確的控製環路
，提升工廠生產吞吐率。 ff

 

●   電氣測試：

 

   ○ 音頻測量，針對語音激活控製和操作開發高級麥克風模塊和揚聲器。

   ○ 參數測量精度和速度與測試成本有關的無源和有源電子器件中ATE內的電氣測試。

 

●   EEG需要接近直流的特定帶寬內的極高動態範圍。要求更低的功率
，以便將數百個同步測量通道封裝在小尺寸內。

 

這些種類繁多應用具有同樣複雜的通道數。工業應用中的標準8通道模塊擴展至512通道及以上，用於EEG測量。關鍵是將前端測量設計擴展至大量通道，同時保持同步采樣。它是數據的基礎，指導了整整一代產品的研究、開發
、生產和最終使用。

 

在創造更小封裝的同時保持測量通道密度要求高功效。增加模數轉換器(ADC)和鏈路的動態範圍（促使其向110 dB發展），同時將電流消耗限製在合理範圍內
，這是一場持久戰。平衡動態範圍、輸入帶寬和電流消耗不是容易的事。

 

依靠 AD7768 和 AD7768-4 能力實現的新ADC子係統已經問世。它可以憑借數字化能力實現更寬的帶寬、比bi以yi往wang更geng高gao的de精jing度du，提ti供gong多duo通tong道dao中zhong的de保bao真zhen度du和he同tong步bu采cai樣yang。它ta還hai具ju有you解jie決jue散san熱re難nan題ti的de工gong具ju，可ke平ping衡heng高gao動dong態tai範fan圍wei模mo塊kuai化hua係xi統tong設she計ji中zhong的de動dong態tai範fan圍wei、輸入帶寬和電流消耗。

 

可重配置散熱尺寸、軟件可編程測量帶寬

 

AD7768可適應測量場景。散熱、更小的空間以及缺少主動式冷卻都是模塊化儀器儀表的限製，而AD7768采用內置操作模式，提供快速
、中速和節能調節。對於給定的輸入帶寬，用戶可決定功耗高低，從而減少模塊內的熱量。一個例子就是在51.2 kHz的輸入帶寬內進行數字化。這類帶寬常用於FFT式分析，因為它在FFT輸出中提供整數倉大小。AD7768采用磚牆數字濾波器幀，需要輸入帶寬。低紋波通帶和陡峭的過渡帶結合頻率超過51.2 kHz時的全衰減
，意味著奈奎斯特頻率附近不會出現折返。對於AD7768，用戶可以選擇快速或中速工作模式。該決策必須權衡電流消耗和動態範圍，具體取決於係統限製哪個因素。下麵我們看看具體情況：

 

圖1. 數字化50 kHz輸入帶寬。快速模式性能，FFT表示采用ADA4896-2驅動的性能。（AD7768為快速模式，dec × 64得到輸出速率為128 kSPS）預充電模擬輸入緩衝器開啟。

 

圖2. 數字化50 kHz輸入帶寬。中速模式性能
，FFT表示采用ADA4896-2驅動的性能。（AD7768為中速模式，dec × 32得到輸出速率為128 kSPS）預充電模擬輸入緩衝器開啟。

 

這裏展示了動態範圍和電流消耗的權衡
，使用下列基本設置：MCLK = 32.768 MHz
，低紋波通帶濾波器（“磚牆”），每種模式128 kSPS數據速率，采用1 kHz輸入正弦波數字化50 kHz輸入帶寬，滿量程以下–0.5 dB。圖1和圖2顯示了ADC性能對比：模擬輸入正弦波的一個出色的低失真數字版本。中速模式可降低電流消耗，但犧牲噪聲和3 dB動態範圍。

 

表1. 數字化並創建51.2 kHz帶寬的FFT。選擇最高的動態範圍或最低的電流消耗。

 

¹ 注意, 
，某些供應商將此數字表示為SNR（短路輸入噪聲）。AD7768采用完整正弦波進行測試，實施真SNR所需的完整基準範圍。

 

² 包bao括kuo預yu充chong電dian模mo擬ni輸shu入ru緩huan衝chong器qi。預yu充chong電dian緩huan衝chong器qi降jiang低di模mo擬ni輸shu入ru電dian流liu以yi及ji輸shu入ru幅fu度du

，使shi模mo擬ni輸shu入ru更geng易yi於yu驅qu動dong前qian置zhi的de驅qu動dong器qi放fang大da器qi。開kai啟qi預yu充chong電dian緩huan衝chong器qi後hou，AD7768可提供失真性能上的獨特優勢。

 

在一個經典的51.2 kHz測量帶寬實例中

，用戶可以選擇降低電流，或最大化ADC的動態範圍。不僅功率調節適用於ADC


，此外還有一些針對ADC前的驅動器放大器電路的連鎖效應。如圖3所示，子係統還包括一個驅動器放大器，通常帶有信號調理
，用於抗混疊。

 

圖3. ADC子係統功耗調節：驅動器放大器尺寸麵積上可重新安裝功耗更低的放大器

，配合ADC功耗調節。

 

可ke選xuan擇ze功gong耗hao不bu同tong的de放fang大da器qi匹pi配pei各ge種zhong功gong耗hao模mo式shi。此ci表biao表biao明ming，以yi後hou可ke擴kuo展zhan快kuai速su模mo式shi的de最zui初chu設she計ji，用yong於yu中zhong速su或huo節jie能neng模mo式shi，且qie基ji本ben尺chi寸cun不bu變bian
，但dan電dian流liu消xiao耗hao降jiang低di。

 

表2. 將ADC功耗模式應用到有效的驅動器放大器解決方案中。

 

調節至中速模式的較低功耗放大器有助於進一步降低電流消耗。中速模式下使用ADA4807-2或ADA4940-1的性能以圖4和圖5表示，其中在50 kHz輸入帶寬範圍內數字化交流或直流。

 

圖4. 中速模式性能，FFT顯示ADA4807-2驅動ADC預充電模擬輸入緩衝器開啟時的性能。

 

圖5. 中速模式性能，FFT顯示ADA4940-1驅動ADC預充電模擬輸入緩衝器開啟時的性能。

 

調諧和調節測量子係統功耗的能力具有兩個優勢。首先
，靈活的嵌入式功耗調節允許隨時靈活改善測量範圍或測量持續時間（例如
，模塊是否由電池供電）。其qi次ci，可ke以yi提ti供gong創chuang建jian基ji礎chu平ping台tai設she計ji的de能neng力li，該gai平ping台tai可ke設she置zhi和he適shi配pei特te定ding的de測ce量liang帶dai寬kuan和he性xing能neng點dian，以yi便bian開kai發fa定ding製zhi型xing儀yi器qi儀yi表biao，應ying對dui確que切qie的de最zui終zhong客ke戶hu測ce量liang挑tiao戰zhan。

 

軟件可配置輸入帶寬和延遲——將其應用到一組通道

 

除了使用AD7768 調節ADC電流消耗和動態範圍外，還有可配置濾波
，能適配測量解決方案。磚牆、低紋波濾波器能很好地提供寬頻率範圍內的增益精度。其缺點是具有較長的積分/均值時間。因此
，AD7768的群延遲相對較大，在看到模擬輸入的數字版本以前會存在34個數據周期的延遲。為了提供相對時間軸，當工作在250 kSPS的快速模式時，每一個數據轉換周期為4 μs，因此群延遲為136 μs。在控製環路中
，或快速響應比頻率範圍內的增益精度更重要的應用中，可能無法容忍這一缺點。使用sinc5濾波器可以實現這些高動態範圍測量。相對於寬帶濾波器，該路徑可降低10倍的群延遲。

 

AD7768一個有用的功能是
，允許用戶在通道中混合使用各種類型的濾波器。每一個ADC都dou可ke被bei分fen配pei給gei兩liang組zu通tong道dao之zhi一yi。之zhi後hou
，每mei組zu都dou可ke被bei分fen配pei給gei兩liang個ge濾lv波bo器qi之zhi一yi，並bing從cong六liu個ge可ke用yong的de抽chou取qu速su率lv中zhong選xuan擇ze一yi個ge進jin行xing設she置zhi。這zhe項xiang功gong能neng可ke讓rang八ba個geADC完成不同的測量類型，並允許通過軟件設置進行配置，如同每個ADC都是獨立的。一個示例場景是，監控重要工業資產時
，用戶可能希望測量4 mA至20 mA發(fa)送(song)器(qi)或(huo)電(dian)壓(ya)輸(shu)出(chu)發(fa)送(song)器(qi)的(de)直(zhi)流(liu)輸(shu)出(chu)
，同(tong)時(shi)在(zai)另(ling)一(yi)個(ge)模(mo)擬(ni)輸(shu)入(ru)通(tong)道(dao)上(shang)測(ce)量(liang)振(zhen)動(dong)傳(chuan)感(gan)器(qi)。可(ke)以(yi)讀(du)取(qu)發(fa)送(song)器(qi)的(de)直(zhi)流(liu)響(xiang)應(ying)，並(bing)饋(kui)入(ru)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)，同(tong)時(shi)在(zai)另(ling)一(yi)個(ge)同(tong)步(bu)通(tong)道(dao)上(shang)測(ce)量(liang)振(zhen)動(dong)。混(hun)合(he)使(shi)用(yong)輸(shu)入(ru)帶(dai)寬(kuan)和(he)延(yan)遲(chi)的(de)能(neng)力(li)是(shi)為(wei)工(gong)業(ye)設(she)置(zhi)創(chuang)建(jian)定(ding)製(zhi)型(xing)高(gao)價(jia)值(zhi)儀(yi)器(qi)儀(yi)表(biao)的(de)基(ji)礎(chu)：一個儀器儀表具有兩種功能，即運行流程變量並對工廠振動信息進行積分
，兩者在一個係統上同時完成。

 

圖6. sinc5濾波器與寬帶濾波器的群延遲對比。Sinc5zhenduimonishurutigongkuaisuxiangying，shihehuanluyanchibixuzuixiaohuadekongzhihuanluyingyong。lvdianbiaoshiqunyanchishikedeyangben
，fendianbiaoshimeiyigelvboqidezuizhongjianlizhi。

 

圖7. 為不同類型的濾波器配置不同的ADC通道。兩個群：A為寬帶，B為sinc。各群的抽取速率還可通過SPI配置。

 

高性能
、可擴展高速度以及低功耗成就現代尺寸和使用場景

 

大型固定儀器儀表正逐漸轉換為更具移動性
、更靈活的設備。它們能為各種行業、市場和應用的高級開發和創新提供高價值潛力。麵對如此具有挑戰性的動態範圍、輸入帶寬和電流消耗，使用高級ADC有助於緩解這些難題
，並為設計人員提供更強大的工具。

 

 

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