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电源

锁相环(PLL)基本原理

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<strong>锁相环基本结构</strong>

锁相环是一种反馈系统,其中电压控制振荡器(VCO)和相位比较器相互连接,使得振荡器可以相对于参考信号维持恒定的相位角度。锁相环可用来从固定的低频信号生成稳定的输出高频信号等。

图1A显示了PLL的基本模型。PLL可以借助拉普拉斯变换理论,利用正向增益项G(s)和反馈项H(s)来作为负反馈系统进行分析,如图1B所示。其适用负反馈系统的一般公式。

<center><img src="http://adi.eetrend.com/files/2017-02/wen_zhang_/100005003-16077-pingmuk…; alt="锁相环(PLL)基本模型"></center>

<center>图1:锁相环(PLL)基本模型</center>

集成信号和电源隔离提供鲁棒且紧凑的测量与控制

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<strong>作者:Baoxing Chen</strong>

鲁棒且精确的测量与控制对工业仪器仪表和过程控制应用十分重要。为了防止接地环路影响测量精度,以及避免瞬变电压永久性损坏仪表,诸如RTD或热电偶之类的各种工业传感器一般都需要输入隔离。除了很小的目标差分信号以外,这些传感器还可能承载显著的共模电位或较大的电压瞬变,前者会降低数据采集精度,后者则可能带来安全风险。

类似地,为了安全且精确地操作液压执行器、电磁阀或电机启动器等执行器,需要隔离式模拟输出。除了要将模拟输入和输出与系统地隔离以外,输入之间和输出之间也需要隔离,以便处理不同传感器和执行器的不同共模电位,防止互相干扰。数字隔离器通过取代体积较大且不精确的传统模拟隔离器和光耦合器,已经成功提高了模拟系统性能,并且缩小了系统尺寸。置于检测节点的高分辨率ADC将精密模拟检测信号转换为数字流,然后利用高集成度多通道数字隔离器,通过隔离栅传输至系统微控制器。同样,来自系统微处理器的数字命令也是利用数字隔离器通过隔离栅传输,然后利用高分辨率DAC转换为精确的模拟电流或电压控制信号。数字隔离器消除了模拟隔离器或传统光耦合器相关的信号失真和降级,但是,DAC与控制器件的接口或ADC与传感器的接口需要隔离电源才能工作。

FPGA与ADC数字数据输出的接口

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<strong>引言</strong>

现场可编程门阵列(FPGA)与模数转换器(ADC)输出的接口是一项常见的工程设计挑战。本笔记简要介绍各种接口协议和标准,并提供有关在高速数据转换器实现方案中使用LVDS的应用诀窍和技巧。

<strong>接口方式和标准</strong>

现场可编程门阵列(FPGA)与模数转换器(ADC)数字数据输出的接口是一项常见的工程设计挑战。此外,ADC使用多种多样的数字数据样式和标准,使这项挑战更加复杂。对于通常在200 MHz以下的低速数据接口,单倍数据速率(SDR)CMOS非常普遍:发送器在一个时钟沿传送数据,接收器在另一个时钟沿接收数据。这种方式可确保数据有充足的时间完成建立,然后由接收器采样。在双倍数据速率(DDR) CMOS中,发送器在每一个时钟沿都会传送数据。因此,在相同的时间内,它传输的数据量是SDR的两倍。然而,接收器正确采样的时序更加复杂。

ADC中的集成式容性 PGA :重新定义性能

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<strong>摘要</strong>

ADI专利的容性可编程增益放大器(PGA)相比传统的阻性PGA具有更佳的性能,包括针对模拟输入信号的更高共模电压抑制能力。

本文描述了斩波容性放大器的工作原理,强调了需要放大传感器小信号至接近供电轨——比如温度测量(RTD或热电偶)和惠斯登电桥——时,此架构的优势。

Σ-Δ型模数转换器(ADC)广泛用于传感器具有较小输出电压范围和带宽的应用中(比如应变计或热敏电阻),因为这种架构提供高动态范围。具有高动态范围是因为,相比其它ADC架构,它具有低噪声性能。

Σ-Δ型转换器基于两条原理工作:过采样和噪声整形。当ADC对输入信号进行采样时,独立于采样频率的量化噪声会在直到采样频率一半的整个频谱内扩散。因此,如果输入信号以比奈奎斯特理论所推导出的最小值高很多的频率采样,则目标频段内的量化噪声下降。

图1显示了不同采样频率下的量化噪声密度示例。

Σ-Δ型ADC拓扑结构 基本原理:第二部分

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AD717x是ADI公司最新系列的精密Σ-Δ型ADC。该ADC系列是市场上第一个提供真正24位无噪声输出的转换器系列。AD717x器件可使对噪声异常敏感的仪器仪表电路的动态范围最大化,支持降低或消除信号调理级中的前置放大器增益。这些器件还能高速运行,提供比以前更短的建立时间。由此可缩短控制环路对输入激励信号的响应时间,或通过更快的每通道吞吐速率来提高转换通道密度。

AD717x页面(analog.com)提供了完整系列的详细信息,包括有关AD7172-2、AD7175-2、AD7172-4、AD7173-8和AD7175-8的信息。这些精密ADC具有完全集成的模拟信号链,包括真轨到轨模拟输入和基准输入缓冲器。该系列提供多种输入通道数,不同器件可通过引脚对应方式升级为其他转换速度或更低噪声/功耗的器件。AD7175-2和AD7175-8提供最快的吞吐速率和最低的噪声。AD7177-2提供32位分辨率输出。AD7172和AD7173提供最低功耗选项。

ADC输入噪声面面观——噪声是利还是弊?

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<strong>作者:Walt Kester </strong>

<strong>简介</strong>

所有模数转换器(ADC)都有一定量的“折合到输入端噪声”,可以将其模拟为与无噪声ADC输入串联的噪声源。折合到输入端噪声与量化噪声不同,后者仅在ADC处理交流信号时出现。多数情况下,输入噪声越低越好,但在某些情况下,输入噪声实际上有助于实现更高的分辨率。这似乎毫无道理,不过继续阅读本指南,就会明白为什么有些噪声是好的噪声。

<strong><a href="http://adi.eetrend.com/files/2017-01/wen_zhang_/100004808-15570-mt-004c…:ADC输入噪声面面观——噪声是利还是弊?</a></strong>

Σ-Δ型ADC拓扑结构 基本原理:第一部分

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<strong>作者:Michael Clifford 应用工程师 ADI公司</strong>

<strong>简介</strong>

Σ-Δ型ADC是当今信号采集和处理系统设计人员的工具箱中必不可少的基本器件。本文的目的是让读者对Σ-Δ型号ADC拓扑结构背后的根本原理有一个基本了解。本文探讨了与ADC子系统设计相关的噪声、带宽、建立时间和所有其他关键参数之间的权衡分析示例,以便为精密数据采集电路设计人员提供背景信息。

它通常包括两个模块:Σ-Δ调制器和数字信号处理模块,后者通常是数字滤波器。Σ-Δ型ADC的简要框图和主要概念如图1所示。