高性能多路復用數據采集系統電路設計

　　高通道密度數據采集系統用于醫療成像、工業過程控制、自動測試設備和40G/100G光通信系統可將眾多傳感器的信號多路復用至少量ADC，隨后依序轉換每一通道。 多路復用可讓每個系統使用更少的ADC，大幅降低功耗、尺寸和成本。 逐次逼近型ADC——通常根據它們的逐次逼近型寄存器而稱它們為SAR ADC——具有低延遲特性，因此適合用于要求對滿量程輸入階躍（最差情況）作出快速響應而無任何建立時間問題的多路復用系統。 易于使用的SAR ADC提供低功耗和小尺寸。 本文重點討論與使用高性能精密SAR ADC的多路復用數據采集系統相關的關鍵設計考慮因素、性能結果和應用挑戰。

　　多路復用數據采集系統

　　多路復用數據采集系統要求采用寬帶放大器，以便驅動ADC的滿量程（FS）輸入范圍時可以快速建立。 此外，對多路復用通道進行開關和順序采樣必須與ADC轉換周期同步。 相鄰輸入之間的巨大電壓差使這些系統易受通道間串擾的影響。 為了避免產生誤差，完整的信號鏈（包括多路復用器和放大器）必須建立至所需精度——一般以串擾誤差或建立誤差表示。 圖顯示的是一個數據采集系統框圖，該系統包括多路復用器、ADC驅動器和SAR ADC。

　　多路復用數據采集信號鏈電路

　　圖4顯示多路復用數據采集系統的簡化信號鏈。 采用ADG774ADG774 CMOS多路復用器來選擇兩個差分通道之一。 若要評估此系統，可連續開關ADG774的正負差分輸入，以產生滿量程階躍。 兩個超低失真運算放大器ADA4899-1緩沖多路復用器輸出，并驅動18位、5 MSPS PulSAR? ADC AD7960。 RC濾波器（33 Ω/56 pF）有助于減少來自AD7960容性DAC輸入端的反沖，并限制進入AD7960輸入端的噪聲。

　　高性能、高通道密度、多路復用數據采集系統要求具備可靠的性能、靈活的功能以及高精度，同時還要滿足功耗、空間和散熱要求。 本文提供根據關鍵設計考慮因素來選擇多路復用信號鏈元器件以實現預期性能的指南，以及如何在吞吐速率、建立時間和噪聲之間進行權衡取舍。 該信號鏈可實現最優性能，滿量程范圍內的5 MSPS串擾誤差不超過0.01%。