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來(lái)源：Digi-Key 作者： Bonnie Baker 當(dāng)設(shè)計(jì)模擬電路時(shí)，我們似乎會(huì)條件反射地深入研究電路中每個(gè)元器件的規(guī)格細(xì)節(jié)。這讓人感覺(jué)很有激情，但最終的設(shè)計(jì)可能會(huì)受到功率因素的影響。本文說(shuō)明了出現(xiàn)這種問(wèn)題的原因，以及避免發(fā)生這種錯(cuò)誤的方法。 如果您正在開(kāi)發(fā)超高精度的電路，并要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)低延遲和快速建立，那么似乎就已拿到了電路設(shè)計(jì)行動(dòng)指令。這時(shí)需要為這個(gè)高精度電路選擇那些能夠表現(xiàn)出低噪聲、較高速度的元器件，以保證延時(shí)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(guò)隔離柵傳遞模擬信號(hào)的元器件。 
圖 1：一個(gè)具有低延遲測(cè)量值的自適應(yīng)電壓/電流測(cè)量信號(hào)鏈。（圖片來(lái)源：Analog Devices） 鑒于這種方案的要求，市場(chǎng)上很快就出現(xiàn)了這種精密元器件細(xì)節(jié)說(shuō)明。Analog Devices 的 ADG5421F 開(kāi)關(guān)是一個(gè)具有 ±60 伏故障保護(hù)和檢測(cè)能力的 11 歐姆 (Ω) RON、雙刀單擲 (SPST) 開(kāi)關(guān)。當(dāng)兩個(gè)輸入之間的差值超過(guò)電源時(shí)，該器件就會(huì)識(shí)別出來(lái)，并產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息。 增益級(jí)是 Analog Devices LTC6373，這是一個(gè) 36 伏的全差分、可編程增益儀表放大器。LTC6373 會(huì)將輸入傳感器信號(hào)增益放大至隨后相應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的電平。濾波器是一個(gè)單極分立電阻-電容 (R-C) 電路。這種濾波器執(zhí)行抗混疊功能，以衰減較高頻率的信號(hào)。 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路始于 Analog Devices ADA4896-2，這是一個(gè)雙路、低功耗、軌至軌輸出放大器。它充當(dāng) ADC 的激勵(lì)放大器。接下來(lái)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(jìn)行高精度轉(zhuǎn)換。 ADC 的電壓基準(zhǔn)部分由 Analog Devices 的 LTC6655LN 和 Analog Devices 的 ADA4523-1BCPZ 組成，前者是一個(gè)具有 5 V 固定電壓輸出的串行電壓基準(zhǔn)，后者是一個(gè)零漂移放大器，在電壓基準(zhǔn)與 ADA4523 基準(zhǔn)輸入引腳之間形成一個(gè)緩沖。 最后，是 Analog Devices 的 ADuM14xE 數(shù)字隔離器，能對(duì)電路進(jìn)行隔離和進(jìn)一步保護(hù)。 超越精密規(guī)格 停一下。現(xiàn)在想象一下，您現(xiàn)在就是您所在小組的模擬設(shè)計(jì)員。祝賀您：您已經(jīng)進(jìn)入了工程師的精英階層，盡管仍需要您不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)。考慮到這一點(diǎn)，我相信您會(huì)允許我提供一些建議，這些建議您以前可能沒(méi)有聽(tīng)過(guò)。首先，把您的模擬教程扔到一邊，考慮用一種不同的方式來(lái)解決一些基本問(wèn)題，首先是電源系統(tǒng)、靜態(tài)電流、噪聲和精度。 在我多年的模擬設(shè)計(jì)歷程中，這種技術(shù)往往在設(shè)計(jì)周期結(jié)束時(shí)才會(huì)想到。當(dāng)然，我經(jīng)歷了那種痛苦的重新進(jìn)行設(shè)計(jì)和完善的麻煩。現(xiàn)在您不必經(jīng)歷這種痛苦了。 而且很明顯的是，行業(yè)趨勢(shì)是向著更低功率耗散和更小幾何形狀發(fā)展的。幸運(yùn)的是，對(duì)我們來(lái)說(shuō)，目前為止我們還沒(méi)有深入這種特定的設(shè)計(jì)，否則我們無(wú)法退一步看看電路的基本參數(shù)：供電電壓、靜態(tài)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(hào)鏈設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵價(jià)值主張來(lái)定制，只要不高于精度目標(biāo)，這種思路就與精度目標(biāo)同等。現(xiàn)在的設(shè)計(jì)步驟和考慮如下： 1、創(chuàng)建您的信號(hào)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(guī)格時(shí)未與您的設(shè)計(jì)方案保持一致，那么設(shè)計(jì)復(fù)雜性就會(huì)大幅增加。這是由于增加了復(fù)雜的背景電源設(shè)計(jì)，隨之而來(lái)的是，會(huì)由于元件的靜態(tài)電流而導(dǎo)致功耗增加。結(jié)果如何？如果設(shè)計(jì)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(yù)算。 設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到功率 開(kāi)關(guān)（或保護(hù)）和增益（或可編程儀表放大器）級(jí)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(hào)范圍。ADC 驅(qū)動(dòng)器、基準(zhǔn)、基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)器和隔離塊需要平均電源范圍，如 ±5 伏和 +5.5 伏，以適應(yīng)信號(hào)要求。最后，ADC 與控制器的數(shù)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(gè)設(shè)備功率要求。（表格來(lái)源：Analog Devices，由 Bonnie Baker 修改（針對(duì)電源）） 根據(jù)表 1，有三個(gè)正的模擬電源（15 伏、5.5 伏和 5 伏），三個(gè)正的數(shù)字電源（5 伏、5 伏和 1.8 伏），以及兩個(gè)負(fù)的模擬電源（-15 伏和 -5 伏）。表 1 中的數(shù)字指出了模擬和數(shù)字電源要求。ADA4896-2 在 PSRR 系統(tǒng)圖中占主導(dǎo)地位，產(chǎn)生的靜態(tài)功率為 487 毫瓦 (mW)：在最佳性能下的最小功率。 結(jié)語(yǔ) 如圖所示，開(kāi)關(guān)、放大器和 24 位 ADC（如 Analog Devices AD4630-24）的正確組合可以幫助您創(chuàng)建一個(gè)超高精度的系統(tǒng)，并優(yōu)化了快速建立和低延遲特征。然而，為了實(shí)現(xiàn)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(jié)合在一起，可以形成一個(gè)可調(diào)的電壓/電流測(cè)量信號(hào)鏈，既滿足了低延遲測(cè)量的應(yīng)用要求，同時(shí)最大限度地降低了功耗，并形成一個(gè)理想的儀器儀表解決方案。 |
