电源

<strong>作者：Jeff Watson 和 Maithil Pachchigar</strong>

<strong>简介</strong>

越来越多的应用要求数据采集系统必须在极高环境温度下可靠地工作，例如井下油气钻探、航空和汽车应用等。虽然这些行业的最终应用不尽相同，但某些信号调理需求却是共同的。这些系统的主要部分要求对多个传感器进行精确数据采集，或者要求高采样速率。此外，很多这样的应用都有很严格的功率预算，因为它们采用电池供电，或者无法耐受自身电子元件发热导致的额外升温。因此，需要用到可以在温度范围内保持高精度，并且可以轻松用于各种场景的低功耗模数转换器 (ADC) 信号链。这类信号链见图1；该图描绘了一个井下钻探仪器。

虽然额定温度为175°C的商用IC数量依然较少，但近年来这一数量正在增加，尤其是诸如信号调理和数据转换等核心功能。这便促使电子工程师快速可靠地设计用于高温应用的产品，并完成过去无法实现的性能。虽然很多这类IC在温度范围内具有良好的特性化，但也仅限于该器件的功能。显然，这些元件缺少电路级信息，使其无法在现实系统中实现最佳性能。

<strong>作者：Michael Manning</strong>

<strong>简介</strong>

汽车、军事和航空电子应用中的恶劣工作环境对集成电路的技术要求极端苛刻，电路必须能够承受高电压和电流、极端温度和湿度、振动、辐射以及各种其他应力。为了提供安全、娱乐、远程信息处理、控制和人机界面等应用领域所需的特性和功能，系统工程师迅速采用高性能电子器件。随着精密电子器件的使用日益增加，系统也变得越来越复杂，而且更易受到电子干扰，其中包括过压、闩锁状况和静电放电 (ESD)事件。这些应用中采用的电子电路需要具有高可靠性和对系统故障的高耐受性，因此设计人员在选择器件时必须考虑到环境因素和器件自身限制。

此外，每个集成电路都有制造商规定的一些绝对最大额定值；设计时必须留意这些额定值，才能确保性能可靠且达到公布的技术规格。一旦超过这些绝对最大额定值，则无法保证工作参数；甚至可能导致内置ESD、过压或闩锁保护失效，从而导致器件（并有可能更进一步）损坏或出现故障。

<strong>作者：Mark Reisiger</strong>

<strong>概述</strong>

在很多应用中，都需要用到能够为负载提供适当功率的放大器；另外还需保持良好的直流精度，而负载的大小决定了目标电路的类型。精密运算放大器能驱动功率要求不足50 mW的负载，而搭配了精密运算放大器输入级和分立功率晶体管输出级的复合放大器可以用来驱动功率要求为数W的负载。 但是，在中等功率范围内却没有优秀的解决方案。 在这个范围内，不是运算放大器无法驱动负载，就是电路过于庞杂而昂贵。

最近在设计惠斯登电桥驱动器时，这种两难处境更为明显。激励电压直接影响失调和范围，因此需要具有直流精度。这种情况下，源极电压和电桥之间的容差不足1 mV。 若以7 V至15 V电源供电，则电路必须以单位增益将电桥从100 mV驱动至5 V。

使问题变得更为复杂的是，它能使用各种不同的桥式电阻 例如，应变计的标准阻抗为120 Ω或350 Ω。若采用120 Ω电桥，则放大器必须提供42 mA电流，才能保持5 V电桥驱动能力。 此外，电路驱动能力必须高达10 nF。 这是考虑电缆和电桥耦合电容后得到的数值。

<strong>放大器选择</strong>

<strong>作者：Maithil Pachchigar</strong>

<strong>简介</strong>

工业、仪器仪表、光通信和医疗保健行业有越来越多的应用开始使用多通道数据采集系统，导致印刷电路板 (PCB) 密度和热功耗方面的挑战进一步加大。这些应用对高通道密度的需求，推动了高通道数、低功耗、小尺寸集成数据采集解决方案的发展。这些应用还要求精密测量、可靠性、经济性和便携性。系统设计人员在性能、热稳定性和PCB密度之间进行取舍以维持最佳平衡，并且被迫不断寻找创新方式来解决这些挑战，同时要将总物料 (BOM) 成本降低最低。本文重点说明多路复用数据采集系统的设计考虑，并聚焦于通过集成多路复用输入ADC解决方案来应对空间受限应用（如光收发器、可穿戴医疗设备、物联网IoT和其他便携式仪器）的这些技术挑战。本文提出的低功耗解决方案采用集成式多路复用输入4通道/8通道、16位、250 kSPS PulSAR® ADCs AD7682/AD7689，其提供2.39 mm × 2.39 mm小型晶圆级芯片规模封装 (WLCSP)，可节省60%以上的板空间，能够很好地解决高通道密度和电池供电便携式系统的挑战，同时具有灵活的配置和高精度性能。

<strong>Alan Walsh ADI公司</strong>

在设计ADC电路时，一个常见的问题是如何在过压条件下保护ADC输入。ADC输入的保护具有许多情况和潜在解决方案。所有供应商的ADC都在此方面具有相似需求。本文将深入分析过压情形中可能出现的问题、发生频率及潜在的补救措施。ADC输入的过驱一般发生于驱动放大器电轨远远大于ADC最大输入范围时，例如，放大器采用±15 V供电，而ADC输入为0至5V。

高压电轨用于接受±10 V输入，同时给ADC前端信号调理/驱动级供电，这在工业设计中很常见，PLC模块就是这种情况。。如果在驱动放大器电轨上发生故障状况，则可因超过最大额定值而损坏ADC，或在多ADC系统中干扰同步/后续转换。本文将重点讨论如何保护精密SAR ADC，如AD798x系列，但也适用于其他ADC类型。

试考虑图1中的情形。

<strong>作者：Richard Anslow</strong>

<strong>简介</strong>

通常采用RS-485接口的工业自动化可编程逻辑控制器(PLC)通信端口可能受到较大的共模噪声、地电位差、接线错误、高压瞬变等危险条件的影响。尤其是有多个RS-485节点的长距离布线中，这些危险条件可能会妨害数据通信，或是对RS-485接口造成永久性损伤。图1所示为一个强大的RS-485通信网络，其中，现场总线通信布线长度超过1000米。ADM3095E可为总线电源提供强大的高压故障保护和电磁兼容性(EMC)瞬变保护，如IEC 61000-4-5浪涌。面向EVAL-ADM3095EEBZ评估板的ADM3095E数据手册和用户手册对ADM3095E的EMC性能进行了全面的总结。

另外，ADM3095E的共模范围扩展至±25 V，允许两个或以上ADM3095E器件RS-485地(GND)引脚之间的电位差达到±25 V。

<strong>RS-485通信网络</strong>

<strong>作者：Rob Reeder</strong>

<strong>简介</strong>

在当今的工业领域，系统电路板布局已成为设计本身的一个组成部分。因此，设计工程师必须了解影响高速信号链设计性能的机制。

在高速模拟信号链设计中，印刷电路板(PCB)布局布线需要考虑许多选项，有些选项比其它选项更重要，有些选项则取决于应用。最终的答案各不相同，但在所有情况下，设计工程师都应尽量消除最佳做法的误差，而不要过分计较布局布线的每一个细节。本应用笔记提供的信息对设计工程师的下一个高速设计项目会有所帮助。

<strong><a href="http://adi.eetrend.com/files/2017-05/wen_zhang_/100006051-18690-1142cn…：高速ADC PCB布局布线技巧</a></strong>

就像很多其他半导体器件一样，高速模数转换器(ADC)并不能始终像我们期望那样完美运行。它们存在一些固有限制，使其偶尔会产生超出正常功能的罕见转换错误。然而，像测试和测量设备等很多实际采样系统不容许存在高ADC转换误码率。因此，量化高速模数转换误码率(CER)的频率和幅度非常重要，这样工程师才能设计出具有合适预期性能的系统。

高速或GSPS ADC(每秒千兆采样ADC)相对稀疏出现的转换错误不仅造成其难以检测，而且还使测量过程非常耗时。该持续时间通常超出毫秒范围，达到几小时、几天、几周甚至是几个月。为了帮助消减这一耗时测试负担，我们可以在一定“置信度”的确定性情况下估算误码率，而仍然保持结果的质量。
比特误码率(BER)与转换误码率(CER)与串行或并行数字数据传输中比特误码率的数字等效值类似，转换误码率是转换错误数与样本总数之比。但是，BER和CER之间有一些截然不同之处。数字数据流中的BER测试采用长伪随机序列，该序列可于发送器中在传输两端使用常用种子值来启动。接收器预期将收到理想的传输。通过观察接收数据与理想数据的差异，便可精确计算出BER。两端之间伪随机序列数据中的失配(基于种子值)即视为比特错误。

<strong>作者：Alan Walsh 应用工程师 ADI公司</strong>

精密测量已延伸到需要越来越高电源效率的应用领域。物联网的到来使这一点尤为明显，因为物联网更加需要具有精密测量能力的无线传感器节点，电池供电的可穿戴健身/医疗设备，以及使用隔离电源供电、4 mA到20 mA环路供电或电池供电现场仪表的工业信号链。在这些场景中，电源效率越高，意味着电池使用时间越长，维护越少，电源设计越简单。

通常，精密测量系统将低压差稳压器(LDO)作为其电源方案的一部分，利用它来为精密ADC产生低噪声电源轨。然而，LDO的功率输出效率非常低下，大部分功率常常作为热量损失掉。本文讨论为精密逐次逼近型(SAR) ADC实现更高效率电源解决方案的途径。实现方法是在迟滞模式下使用超低功耗开关稳压器，并分析性能得失——包括通过某种方式来智能控制开关稳压器，使之与SAR转换同步，从而改善噪声性能。

<strong>Andrew Thomas - 设计工程师</strong>

许多采用一个精准模数转换器进行信号数字化处理的系统都需要在信号源和 ADC 之间布设某种信号调理电路。除了它的其他功能之外，该电路还必须准确地驱动 ADC 的输入。由于同时需要高性能和高速度以处理 ADC 输入电流，因而会提出一项实质性的额外设计挑战。

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