一款高性能低功耗数据采集系统的设计

电路功能与优势 　　越来越多的应用要求数据采集系统必须在极高环境温度下可靠地工作，例如井下油气钻探、航空和汽车应用等。图1所示电路是一个16位、600 kSPS逐次逼近型模数转换器(ADC)系统，其所用器件的额定温度、特性测试温度和性能保证温度为175°C.很多此类恶劣环境应用都采用电池供电，因此该信号链针对低功耗而设计，同时仍然保持高性能。 　　AD7981 ADC需要2.4 V至5.1 V的外部基准电压源，本应用选择的基准电压源为微功耗2.5 V精密基准源ADR225，后者也通过了高温工作认证，并具有非常低的静态电流(210°C时最大值为60μA)。 　　本电路使用低功耗(600 k 高性能低功耗数据采集系统是现代许多工业和科研领域中不可或缺的关键组件，尤其在极端环境温度下工作的设备，如井下油气钻探、航空和汽车应用。本文将深入探讨一个专为此类应用设计的16位、600 kSPS逐次逼近型模数转换器(ADC)系统，它在175°C的高温环境下仍能保持高效运行。 该系统的中心部件是AD7981 ADC，它具备低功耗特性，在600 kSPS的采样速率下，其功耗仅为4.65μA。这种自动关断功能在两次转换之间节省了大量能量，使其适用于各种采样速率，甚至在低至数Hz时也能保持低功耗，非常适合电池供电的系统。AD7981采用10引脚MSOP封装，设计时考虑到了高温环境，额定工作温度高达175°C。其伪差分模拟输入结构允许单极性、单端输入信号，并能通过抑制公共信号来优化性能。 为了确保在恶劣环境中工作的可靠性，ADC需要一个能够在高温下稳定工作的基准电压源。ADR225就是一个理想的选择，它是一个2.5 V的微功耗精密基准源，经过高温认证，210°C时的最大静态电流仅为60μA，这大大减少了整个系统的能耗。 在ADC输入端，采用低功耗运算放大器AD8634作为驱动器，以提升信号质量并隔离ADC输入端的电压毛刺。尽管AD8634具有轨到轨输出，但由于输入要求，需要一个负电源(-2.5 V)来提供300 mV的裕量。AD8634提供两种封装选项，分别适应175°C和210°C的工作环境。 为了减少噪声和反冲影响，ADC驱动器与AD7981之间配置了一个RC滤波器。在这个特定设计中，选择了R = 85Ω和C = 2.7 nF，截止频率约为693 kHz，这一选择平衡了噪声衰减和建立时间的需求。 这款高性能低功耗数据采集系统通过精心挑选的组件和设计策略，成功地实现了在极端环境温度下的高效能、低功耗运作，满足了对可靠性和能源效率的严苛要求。设计者在选择元器件时充分考虑了高温工作条件，如采用耐高温封装和专门为高温环境设计的无源元件，以及PCB材料和构造技术，确保了系统在整个温度范围内稳定运行。通过这种方式，该系统为在恶劣环境下的数据采集提供了可靠的解决方案。