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揭秘高性能多路复用数据采集系统

上网日期: 2014年10月14日 ?? 作者: Maithil Pahchigar ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:数据采集系统? SAR ADC? 多路复用器?

简介

高通道密度数据采集系统用于医疗成像、工业过程控制、自动测试设备和40G/100G光通信系统可将众多传感器的信号多路复用至少量ADC,随后依序转换每一通道。 多路复用可让每个系统使用更少的ADC,大幅降低功耗、尺寸和成本。逐次逼近型ADC——通常根据它们的逐次逼近型寄存器而称它们为SAR ADC——具有低延迟特性,因此适合用于要求对满量程输入阶跃(最差情况)作出快速响应而无任何建立时间问题的多路复用系统。 易于使用的SAR ADC提供低功耗和小尺寸。 本文重点讨论与使用高性能精密SAR ADC的多路复用数据采集系统相关的关键设计考虑因素、性能结果和应用挑战。

多路复用数据采集系统挑战

多路复用数据采集系统要求采用宽带放大器,以便驱动ADC的满量程(FS)输入范围时可以快速建立。 此外,对多路复用通道进行开关和顺序采样必须与ADC转换周期同步。 相邻输入之间的巨大电压差使这些系统易受通道间串扰的影响。 为了避免产生误差,完整的信号链(包括多路复用器和放大器)必须建立至所需精度——一般以串扰误差或建立误差表示。 图1显示的是一个数据采集系统框图,该系统包括多路复用器、ADC驱动器和SAR ADC。

揭秘高性能多路复用数据采集系统(电子工程专辑)
图1. 多路复用数字采集系统框图

多路复用器

多路复用器的快速输入切换和宽带宽性能是实现高性能的关键。 多路复用器的开启或关断时间表示应用数字控制输入与输出超过VOUT90%之间的延迟,如图2所示。

揭秘高性能多路复用数据采集系统(电子工程专辑)
图2. 典型多路复用器的开关时间

当多路复用器切换通道时,在其输入端会产生电压毛刺或反冲。 该反冲与开启和关断时间、导通电阻以及负载电容成函数关系。 具有低导通电阻的大开关通常需采用大输出电容,而每次输入端开关时,都必须将其充电至新电压。 如果输出未能建立至新电压,则将产生串扰误差。 因此,多路复用器带宽必须足够大,且多路复用器输入端必须使用缓冲放大器或大电容,才能建立至满量程阶跃。 此外,流过导通电阻的漏电流将产生增益误差,因此这两者都应尽可能小。


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