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實(shí)物圖：
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2016-6-19 13:46 上傳
本電路為高速、高精度、同步采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用提供電流隔離。16位PulSAR ADC AD7685 是一款多功能器件，支持通過菊花鏈監(jiān)控多個(gè)通道。基于運(yùn)算放大器 AD8615的輸入電路對(duì)±10 V工業(yè)信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換、衰減和緩沖，以滿足ADC的輸入要求。這個(gè)靈活的電路包括一個(gè)精密基準(zhǔn)電壓源ADR391 和兩個(gè)四通道數(shù)字隔離器ADuM1402 ，以便為常見的工業(yè)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用提供緊湊且具成本效益的解決方案。
電路原理圖：
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2016-6-19 13:41 上傳
AD7685是一款16位、電荷再分配、逐次逼近型(SAR)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，采用2.3 V至5.5 V單電源(VDD)供電。它內(nèi)置一個(gè)低功耗、高速、16位無失碼、無流水線延遲的采樣ADC、一個(gè)內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)鐘和一個(gè)多功能串行接口端口，還集成了一個(gè)低噪聲、寬帶寬、短孔徑延遲的采樣保持電路。在CNV上升沿，它對(duì)IN+與IN-之間的模擬輸入電壓差進(jìn)行采樣，范圍從0 V至VREF�；鶞�(zhǔn)電壓VREF由外部提供，范圍從0.5 V至VDD。圖1所示電路采用4.5 V基準(zhǔn)電壓。
AD7685的功耗與采樣速率成線性比例關(guān)系。VDD = 5 V且采樣速率為250 kSPS時(shí)，最大功耗為15 mW。AD7685采用10引腳MSOP封裝或10引腳QFN(LFCSP)封裝，工作溫度范圍為−40°C至+85°C。SPI兼容串行接口還能夠利用SDI輸入，將幾個(gè)ADC以菊花鏈形式連結(jié)到單條三線式總線上，或提供一個(gè)可選的繁忙(BUSY)指示功能。它采用獨(dú)立的VIO電源引腳，與1.8V、2.5V、3V或5V邏輯兼容。
完整的模擬信號(hào)鏈采用5 V單電源供電。低壓差2.5 V基準(zhǔn)電壓源ADR391和U13軌到軌CMOS運(yùn)算放大器AD8615，產(chǎn)生ADC所用的4.5 V基準(zhǔn)電壓。4.5 V基準(zhǔn)電壓在U13的輸出端提供0.5 V裕量，因此，在5 V電源的標(biāo)稱變化范圍內(nèi)，運(yùn)算放大器始終保持在線性區(qū)域內(nèi)工作。ADR391 2.5 V輸出由U13的噪聲增益(1 + R4/R5)放大。對(duì)于所選的R4和R5值，噪聲增益為1.8，因此基準(zhǔn)電壓為1.8 × 2.5 V = 4.5 V。
U4和U14運(yùn)算放大器AD8615提供0.225的信號(hào)增益（由R1與R2和R19與R20的比值設(shè)置），將20 V p-p的輸入信號(hào)幅度降至ADC輸入端的4.5 V p-p。對(duì)于0 V輸入，U4和U14的輸出端需要2.25 V偏移，這就要求U4和U14同相輸入端的共模電壓為1.84 V，該電壓由電阻分壓器R3-R6產(chǎn)生。
U4和U14輸出端的R-C網(wǎng)絡(luò)（33 Ω、2.7 nF）形成一個(gè)帶寬為1.8 MHz的單極點(diǎn)噪聲濾波器。
AD8615是一款CMOS軌到軌輸入和輸出、單電源放大器，具有極低失調(diào)電壓、寬信號(hào)帶寬以及低輸入電壓和電流噪聲等特性。該器件采用DigiTrim®專利調(diào)整技術(shù)，無需激光調(diào)整便可達(dá)到出色的精度。AD8615采用2.7 V至5 V單電源供電。
20 MHz以上的帶寬、低失調(diào)、低噪聲和低輸入偏置電流特性的結(jié)合，使該放大器適合各種應(yīng)用。濾波器、積分器、光電二極管放大器和高阻抗傳感器等器件均可受益于這些特性組合。寬帶寬和低失真特性則有益于交流應(yīng)用。在DigiTrim系列中，AD8615提供最高的輸出驅(qū)動(dòng)能力，是音頻線路驅(qū)動(dòng)器和其它低阻抗應(yīng)用的理想選擇。
該器件的具體應(yīng)用包括：便攜式和低功耗儀器儀表、便攜式設(shè)備的音頻放大、便攜式電話耳機(jī)、條形碼掃描器以及多極點(diǎn)濾波器。它還具有軌到軌輸入與輸出擺幅能力，因而設(shè)計(jì)人員可以在單電源系統(tǒng)中緩沖CMOS ADC、DAC、ASIC及其它寬輸出擺幅器件。
ADR391是一款微功耗、低壓差基準(zhǔn)電壓源，可利用僅比輸出電壓高出300 mV的電源提供穩(wěn)定的輸出電壓。先進(jìn)的設(shè)計(jì)無需外部電容，可進(jìn)一步節(jié)省電路板空間、降低成本。ADR391精密基準(zhǔn)電壓源具有低功耗、小尺寸和易于使用的特點(diǎn)，非常適合電池供電應(yīng)用。該器件利用ADI公司的溫度漂移曲率校正專利技術(shù)，可在TSOT封裝中實(shí)現(xiàn)9 ppm/°C的低溫漂特性。
ADuM1402是一款采用ADI公司iCoupler®技術(shù)的四通道數(shù)字隔離器。該隔離器件將高速CMOS與單芯片空芯變壓器技術(shù)融為一體，具有優(yōu)于光耦合器等替代器件的出色性能特征。
iCoupler 器件不用LED和光電二極管，因而不存在一般與光耦合器相關(guān)的設(shè)計(jì)困難。簡(jiǎn)單的iCoupler數(shù)字接口和穩(wěn)定的性能特征，可消除光耦合器通常具有的電流傳輸比不確定、非線性傳遞函數(shù)以及溫度和使用壽命影響等問題。
這些iCoupler產(chǎn)品不需要外部驅(qū)動(dòng)器和其它分立器件。此外，在信號(hào)數(shù)據(jù)速率相當(dāng)?shù)那闆r下，iCoupler器件的功耗只有光耦合器的1/10至1/6。
ADuM1402隔離器提供四個(gè)獨(dú)立的隔離通道，支持2/2方向和最高達(dá)90 Mbps（C級(jí)）的多種數(shù)據(jù)速率（請(qǐng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)“訂購指南”部分）。所有型號(hào)均可采用2.7 V至5.5 V電源電壓工作，與低壓系統(tǒng)兼容，并且能夠跨越隔離柵實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換功能。此外，ADuM1402具有低脈沖寬度失真（小于2 ns）和嚴(yán)格的通道間匹配（小于2 ns）特性。與其它光耦合器不同，ADuM1402隔離器具有已取得專利的刷新特性，可確保不存在輸入邏輯轉(zhuǎn)換時(shí)及缺少一個(gè)電源條件下的直流正確性。
AD7685如何通過菊花鏈連接起來，以減少需要隔離的信號(hào)數(shù)量。注意，RSCLK和RFS分別是AD7685串行時(shí)鐘(SCK)和串行幀同步(CNV)的回讀結(jié)果，這些回讀信號(hào)相對(duì)于DATA信號(hào)的偏斜必須非常短。該偏斜為數(shù)字隔離器的通道間匹配傳播延遲(tPSKCD)，對(duì)于ADuM1402C小于2 ns。因此，串行接口能夠以數(shù)字隔離器的最大速度工作（ADuM1402C為90 Mbps），對(duì)應(yīng)于90 MHz的最大串行時(shí)鐘頻率。如果延遲過長，它可能要受到數(shù)字隔離器傳播延遲級(jí)聯(lián)的限制。本電路中，對(duì)于250 kSPS的采樣頻率，TSCLK頻率為30 MHz。
將兩個(gè)相位相差90°的±10 V信號(hào)施加于EVAL-CN0194-SDPZ板的兩個(gè)通道（AIN1和AIN2），利用隨附的評(píng)估軟件獲得轉(zhuǎn)換結(jié)果。使用隨附的評(píng)估軟件還可以查看FFT數(shù)據(jù)，以及固定直流電平時(shí)的代碼直方圖。
該電路或任何高速電路的性能都高度依賴于適當(dāng)?shù)腜CB布局，包括但不限于電源旁路、受控阻抗線路（如需要）、元件布局、信號(hào)布線以及電源層和接地層。
BOM表：
3 | C1 C3 C20 | 10uF | 6.3V |
| 10.0% | 0805 | Taiyo Yuden | JMK212B7106KG-T | Digi-Key | 587-2396-2-ND | CAPC2012X100N | 7 | C2 C4-6 C17-18 C21 | 0.1uF | 16V |
| 5.0% | 0603 | Kemet | C0603C104J4RACTU | Digi-Key | 399-1097-2-ND | CAPC1608X55N | 6 | C7-8 C10-11 C13-14 | 1.0uF | 16V |
| 10.0% | 0603 | TDK | C1608X7R1C105K | Digi-Key | 445-1604-2-ND | CAPC1608X55N | 2 | C9 C12 | 4.7uF | 10V |
| 10.0% | 0805 | Taiyo Yuden | LMK212B7475KG-T | Digi-Key | 587-1442-2-ND | CAPC2012X100N | 3 | C15-16 C19 | 470pF | 50V |
| 5.0% | 0603 | TDK | C1608C0G1H471J | Digi-Key | 445-1289-2-ND | CAPC1608X55N | 1 | C22 | 100pF | 50V |
| 5.0% | 0603 | TDK | C1608C0G1H101J | Digi-Key | 445-1281-2-ND | CAPC1608X55N | 2 | C23-24 | 2700pF | 50V |
| 5.0% | 0603 | Murata | GRM1885C1H272JA01D | Digi-Key | 490-3283-2-ND | CAPC1608X55N | 2 | D1 D5 | SBR2U30P1-7 | 400mV | 2A |
| PowerDI 123 | Diodes Inc | SBR2U30P1-7 | Digi-Key | SBR2U30P1DITR-ND | POWERDI123 | 2 | D2 D6 | SMBJ5342B-TP | 6.8V | 1A |
| DO-214AA, SMB | Micro Commericial | SMBJ5342B-TP | Digi-Key | SMBJ5342B-TPMSTR-ND | DIOM5436X241N | 3 | D3-4 D7 | SML-LX15GC | 2.2V | 20mA |
| SOT-23-3 | Lumex | SML-LX15GC-TR | Digi-Key | 67-1685-2-ND | D_LED_LUMEX_SMD | 2 | F1-2 | 1210L035YR | 6V | 350mA - Hold |
| 1210 | Littelfuse Inc | 1210L035YR | Digi-Key | F2997TR-ND | CAPC3225X94N | 2 | J1-2 |
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| CUI Inc. | PJ-002A-SMT | Digi-Key | CP-002APJTR-ND | CON_BARREL_JACK_SMD | 1 | J3 | FX8-120S-SV(21) |
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| 120-Pin SMD | Hirose | FX8-120S-SV(21) | Digi-Key | H1219-ND | CON_120PIN_SMD | 5 | R1 R3-4 R19 R21 | 1.00K |
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| 1.0% | 0603 | Panasonic | ERJ-3EKF1001V | Digi-Key | P1.00KHTR-ND | RESC1608X50AN | 2 | R2 R20 | 4.42K |
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| 1.0% | 0603 | Panasonic | ERJ-3EKF4421V | Digi-Key | P4.42KHTR-ND | RESC1608X50AN | 1 | R5 | 1.24K |
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| 1.0% | 0603 | Panasonic | ERJ-3EKF1241V | Digi-Key | P1.24KHTR-ND | RESC1608X50AN | 1 | R6 | 2.80K |
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| 1.0% | 0603 | Panasonic | ERJ-3EKF2801V | Digi-Key | P2.80KHTR-ND | RESC1608X50AN | 2 | R7 R10 | 210K |
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| 1.0% | 0603 | Panasonic | ERJ-3EKF2103V | Digi-Key | P210KHTR-ND | RESC1608X50AN | 2 | R8 R11 | 64.9K |
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| 1.0% | 0603 | Panasonic | ERJ-3EKF6492V | Digi-Key | P64.9KHTR-ND | RESC1608X50AN | 2 | R9 R12 | 165 |
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| 1.0% | 0603 | Panasonic | ERJ-3EKF1650V | Digi-Key | P165HTR-ND | RESC1608X50AN | 1 | R13 | OPEN |
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| 1.0% | 0603 |
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| RESC1608X50AN | 2 | R14-15 | 100K |
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| 1.0% | 0603 | Stackpole | RMCF0603FT100K | Digi-Key | RMCF0603FT100KTR-ND | RESC1608X50AN | 1 | R16 | 140K |
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| 1.0% | 0603 | Panasonic | ERJ-3EKF1403V | Digi-Key | P140KHTR-ND | RESC1608X50AN | 1 | R17 | 78.7K |
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| 1.0% | 0603 | Vishay/Dale | CRCW060378K7FKEA | Digi-Key | 541-78.7KHTR-ND | RESC1608X50AN | 1 | R18 | 64.9 |
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| 1.0% | 0603 | Stackpole | RMCF0603FT64R9 | Digi-Key | RMCF0603FT64R9TR-ND | RESC1608X50AN | 2 | R22-23 | 33.0 |
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| 1.0% | 0603 | Panasonic | ERJ-3EKF33R0V | Digi-Key | P33.0HTR-ND | RESC1608X50AN | 2 | U1 U12 | AD7685 |
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| TSSOP-10 | Analog Devices | AD7685CRM |
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| SOP50P490X110-10N | 2 | U2 U15 | ADuM1402 |
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| SOIC-16 | Analog Devices | ADuM1402CRW |
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| SOIC127P1030X265-16N | 1 | U3 | ADR391 |
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| TSOT-23-5 | Analog Devices | ADR391BUJZ |
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| SOT95P280X110-5N | 3 | U4 U13-14 | AD8615 |
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| TSOT-23-5 | Analog Devices | AD8615AUJZ |
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| SOT95P280X110-5N | 2 | U5 U9 | BNX016 |
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| Murata | BNX016-01 | Digi-Key | 490-5055-ND | BNX016-01 | 3 | U6-7 U10 | ADP3336 |
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| TSSOP-8 | Analog Devices | ADP3336ARMZ |
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| SOP65P490X94-8N | 1 | U8 | 24LC32A |
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| TSSOP-8 | Microchip | 24LC32AT-I/MS | Digi-Key | 24LC32AT-I/MS-ND | SOP65P490X94-8N | 1 | U11 | SN74AHC1G32-Q1 |
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| TSOT-23-5 | Texas Instruments | SN74AHC1G32TDCKRQ1 | Digi-Key | 296-25282-2-ND | SOT65P210X110-5N | 1 | U16 | 74HC123 | 2V - 6V | 5.2mA |
| TSSOP-16 | Texas Instruments | CD74HC123PWR | Digi-Key | 296-12780-2-ND | SOP65P640X120-16N |
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