電路功能與優(yōu)勢(shì)
對(duì)于要求寬動(dòng)態(tài)范圍的低成本、高通道數(shù)應(yīng)用，片內(nèi)集成14位SAR ADC的8通道集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS) AD7607 可以用來(lái)有效實(shí)現(xiàn)超過(guò)80 dB的動(dòng)態(tài)范圍。
DAS的典型應(yīng)用是電力線測(cè)量和保護(hù)設(shè)備，其中必須對(duì)多相輸配電網(wǎng)絡(luò)的大量電流和電壓通道進(jìn)行同時(shí)采樣。
許多低壓電力線測(cè)量和保護(hù)系統(tǒng)不需要全部的16位ADC分辨率（例如AD7606 DAS所提供的分辨率），但仍然需要80 dB以上的動(dòng)態(tài)范圍，以便捕捉欠壓/欠流和過(guò)壓/過(guò)流條件。此外還需要同步采樣能力，以便保持多相電力線的電流和電壓通道之間的相位信息。
AD7607是集成14位、雙極性輸入、同步采樣SAR ADC的8通道DAS，具有84 dB的信噪比(SNR)，可滿足這類低壓保護(hù)和測(cè)量系統(tǒng)的要求。圖1所示電路還使用一個(gè)外部精密、低溫漂、低噪聲基準(zhǔn)電壓源ADR421 ，支持要求絕對(duì)精度性能的高通道數(shù)應(yīng)用。
圖1. 低成本、8通道、同步采樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（簡(jiǎn)化的電氣原理圖：未顯示去耦和所有連接）
電路描述
AD7607是一款集成式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，片內(nèi)集成輸入放大器、過(guò)壓保護(hù)電路、模擬抗混疊濾波器、14位SAR ADC和數(shù)字濾波器。本電路由AD7607和2.5 V基準(zhǔn)電壓源ADR421共同構(gòu)成。為實(shí)現(xiàn)良好的通道間匹配，圍繞模擬輸入通道和器件去耦的對(duì)稱布局非常重要。
下文概括了為實(shí)現(xiàn)出色的通道間匹配和84 dB SNR性能，AD7607和ADR421宜采用何種推薦的布局。
AD7607*估板布局
為確保良好的通道間匹配，模擬輸入通道對(duì)稱布局非常重要。在內(nèi)置多個(gè)AD7607器件的系統(tǒng)中，為確保器件之間的性能匹配良好，這些器件必須采用對(duì)稱布局。
圖2所示為AD7607和ADR421的最佳電路板布局。AVCC電壓平面沿AD7607的右側(cè)布設(shè)，VDRIVE電源走線沿AD7607的左側(cè)布設(shè)?；鶞?zhǔn)電壓源ADR421位于AD7607的南面。這里使用了實(shí)心接地層
圖2. 顯示AD7607 DAS和ADR421基準(zhǔn)電壓源的PCB布局布線
這些對(duì)稱布局原則同樣適用于含有多個(gè)AD7607器件的系統(tǒng)。AD7607器件應(yīng)沿南北方向放置，基準(zhǔn)電壓位于這些器件的中間，基準(zhǔn)電壓走線則沿南北方向布設(shè)，類似于圖2。關(guān)于使用多個(gè)AD7606（16位8通道DAS）的系統(tǒng)詳細(xì)信息，請(qǐng)參見(jiàn)電路筆記 CN-0148.
良好的去耦也很重要，以便降低AD7607的電源阻抗，并減少電源尖峰幅度。去耦電容應(yīng)盡可能放置在靠近DUT電源引腳及其對(duì)應(yīng)的接地引腳。REFIN/REFOUT引腳和REFCAPA、REFCAPB引腳的去耦電容同樣是攸關(guān)性能的重要去耦電容，應(yīng)盡可能靠近相應(yīng)的AD7607引引腳。可能的話，應(yīng)將這些電容放在電路板上與AD7607器件相同的一側(cè)。圖3顯示了AD7607電路板頂層的建議去耦布局。
圖3. 頂層去耦
電路板頂層上的四個(gè)陶瓷電容是REFIN/REFOUT引腳、REFCAPA引腳和REFCAPB引腳的去耦電容。這些電容沿南北方向放置，以便盡可能靠近相應(yīng)的引腳。圖4顯示了底層去耦布局，它用于4個(gè)AVCC 引腳和VDRIVE 引腳的去耦。這里使用了多個(gè)過(guò)孔將引腳與其相應(yīng)的去耦電容相連。AD7607器件周圍去耦電容的對(duì)稱布局有利于器件間的性能匹配。多個(gè)過(guò)孔用來(lái)將電容焊盤和引腳焊盤接地及接到電壓平面和基準(zhǔn)電壓走線。
圖4. 底層去耦
通道間匹配
在高通道數(shù)系統(tǒng)中，良好的通道間和器件間性能匹配可以大大簡(jiǎn)化校準(zhǔn)程序。AD7607器件、模擬輸入通道和去耦電容的對(duì)稱布局有助于多個(gè)器件之間的性能匹配。使用公共系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓能進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的匹配性能。圖5顯示所有輸入接地時(shí)電路板上8個(gè)通道的實(shí)測(cè)匹配性能。這里展示了最多三個(gè)碼的分布直方圖，各通道直方圖的中心為碼1。
圖5. 輸入接地時(shí)8個(gè)通道的直方圖
交流性能
本電路中，AD7607配置為在外部基準(zhǔn)電壓源模式下工作。ADR421為AD7607的REFIN/REFOUT引腳提供2.5 V基準(zhǔn)電壓。對(duì)AD7607的通道1施加一個(gè)1 kHz信號(hào)。AD7607的輸入范圍配置為±5 V。在所有8個(gè)通道上以200 kSPS采樣時(shí)，AD7607的SNR達(dá)到84.12 dB。這一性能相當(dāng)于大約13.7位的有效位數(shù)(ENOB)，其中ENOB = (SNR ? 1.76 dB)/6.02。
圖6. FFT顯示SNR為84.12 dB（輸入 = 1 kHz，fs = 200 kSPS）
為進(jìn)一步提高SNR性能和系統(tǒng)的ENOB，可以將AD7607配置為以8倍過(guò)采樣模式工作。這種模式下，SNR提高到85.25 dB，因而有效位數(shù)提高到13.9位。當(dāng)AD7607在8倍過(guò)采樣模式下使用時(shí)，各通道的吞吐速率降至25 kSPS。
圖7. FFT顯示SNR為85.26 dB（8倍過(guò)采樣，fs = 25 kSPS）
上述建議布局能夠確保一個(gè)AD7607實(shí)現(xiàn)良好的通道間匹配性能，并且同一PCB板上的多個(gè)AD7607之間也具有良好的器件間匹配性能。AD7607和ADR421能夠?qū)崿F(xiàn)84 dB的SNR，滿足變電站自動(dòng)化設(shè)備中的低壓保護(hù)和測(cè)量應(yīng)用的80 dB以上動(dòng)態(tài)范圍需求。
常見(jiàn)變化
AD7607是一款8通道、14位DAS。ADI還提供 AD7606-6 （6通道16位DAS）和 AD760*（4通道16位DAS）。AD7608是一款8通道、18位DAS。相應(yīng)的基準(zhǔn)電壓源可以利用基準(zhǔn)電壓源選型和*估工具進(jìn)行選擇。