|
來源：Digi-Key 作者： Bonnie Baker 當設計模擬電路時，我們似乎會條件反射地深入研究電路中每個元器件的規格細節。這讓人感覺很有激情，但最終的設計可能會受到功率因素的影響。本文說明了出現這種問題的原因，以及避免發生這種錯誤的方法。 如果您正在開發超高精度的電路，并要對其進行優化以實現低延遲和快速建立，那么似乎就已拿到了電路設計行動指令。這時需要為這個高精度電路選擇那些能夠表現出低噪聲、較高速度的元器件，以保證延時得到控制。圖 1 就是適合這種類型電路的框圖。它包含了許多通過隔離柵傳遞模擬信號的元器件。 
圖 1：一個具有低延遲測量值的自適應電壓/電流測量信號鏈。（圖片來源：Analog Devices） 鑒于這種方案的要求，市場上很快就出現了這種精密元器件細節說明。Analog Devices 的 ADG5421F 開關是一個具有 ±60 伏故障保護和檢測能力的 11 歐姆 (Ω) RON、雙刀單擲 (SPST) 開關。當兩個輸入之間的差值超過電源時，該器件就會識別出來，并產生一個錯誤信息。 增益級是 Analog Devices LTC6373，這是一個 36 伏的全差分、可編程增益儀表放大器。LTC6373 會將輸入傳感器信號增益放大至隨后相應模數轉換器 (ADC) 的電平。濾波器是一個單極分立電阻-電容 (R-C) 電路。這種濾波器執行抗混疊功能，以衰減較高頻率的信號。 模數轉換電路始于 Analog Devices ADA4896-2，這是一個雙路、低功耗、軌至軌輸出放大器。它充當 ADC 的激勵放大器。接下來是 Analog Devices 的 AD4630-24 24 位、每秒 2 兆采樣 (MSPS) 、雙通道逐次逼近寄存器 (SAR) ADC，它能以零延遲的方式進行高精度轉換。 ADC 的電壓基準部分由 Analog Devices 的 LTC6655LN 和 Analog Devices 的 ADA4523-1BCPZ 組成，前者是一個具有 5 V 固定電壓輸出的串行電壓基準，后者是一個零漂移放大器，在電壓基準與 ADA4523 基準輸入引腳之間形成一個緩沖。 最后，是 Analog Devices 的 ADuM14xE 數字隔離器，能對電路進行隔離和進一步保護。 超越精密規格 停一下。現在想象一下，您現在就是您所在小組的模擬設計員。祝賀您：您已經進入了工程師的精英階層，盡管仍需要您不斷進行學習。考慮到這一點，我相信您會允許我提供一些建議，這些建議您以前可能沒有聽過。首先，把您的模擬教程扔到一邊，考慮用一種不同的方式來解決一些基本問題，首先是電源系統、靜態電流、噪聲和精度。 在我多年的模擬設計歷程中，這種技術往往在設計周期結束時才會想到。當然，我經歷了那種痛苦的重新進行設計和完善的麻煩。現在您不必經歷這種痛苦了。 而且很明顯的是，行業趨勢是向著更低功率耗散和更小幾何形狀發展的。幸運的是，對我們來說，目前為止我們還沒有深入這種特定的設計，否則我們無法退一步看看電路的基本參數：供電電壓、靜態電流和電源抑制比 (PSRR)。 我所建議的改變是，將電源解決方案作為信號鏈設計的一個關鍵價值主張來定制，只要不高于精度目標，這種思路就與精度目標同等。現在的設計步驟和考慮如下： 1、創建您的信號鏈框圖。 2、在圖中選擇可能的元件。 3、定義： · 供電電壓 · 供電電流 · PSRR 如果您早期考慮電源規格時未與您的設計方案保持一致，那么設計復雜性就會大幅增加。這是由于增加了復雜的背景電源設計，隨之而來的是，會由于元件的靜態電流而導致功耗增加。結果如何？如果設計總體上不令人滿意，那么就可能要返工。 因此，讓我們看看供電電壓、電流和 PSRR 預算。 設計時要考慮到功率 開關（或保護）和增益（或可編程儀表放大器）級需要更廣泛的供電電壓范圍，如 ±15 伏，以便為輸入傳感器提供充足的信號范圍。ADC 驅動器、基準、基準驅動器和隔離塊需要平均電源范圍，如 ±5 伏和 +5.5 伏，以適應信號要求。最后，ADC 與控制器的數字接口需要較低的電壓，如 +1.8 伏，以保持低的整體功耗（表 1）。
表 1：各個設備功率要求。（表格來源：Analog Devices，由 Bonnie Baker 修改（針對電源）） 根據表 1，有三個正的模擬電源（15 伏、5.5 伏和 5 伏），三個正的數字電源（5 伏、5 伏和 1.8 伏），以及兩個負的模擬電源（-15 伏和 -5 伏）。表 1 中的數字指出了模擬和數字電源要求。ADA4896-2 在 PSRR 系統圖中占主導地位，產生的靜態功率為 487 毫瓦 (mW)：在最佳性能下的最小功率。 結語 如圖所示，開關、放大器和 24 位 ADC（如 Analog Devices AD4630-24）的正確組合可以幫助您創建一個超高精度的系統，并優化了快速建立和低延遲特征。然而，為了實現最佳的整體性能，必須充分考慮到功率。ADG5421F、LTC6373、ADA4896-2、AD4630-24、LTC6655LN、ADA4523 和 ADuM14xE 結合在一起，可以形成一個可調的電壓/電流測量信號鏈，既滿足了低延遲測量的應用要求，同時最大限度地降低了功耗，并形成一個理想的儀器儀表解決方案。 |
