高性能多路复用数据采集系统电路设计

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

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。

多路复用数据采集信号链电路

图4显示多路复用数据采集系统的简化信号链。 采用ADG774ADG774 CMOS多路复用器来选择两个差分通道之一。 若要评估此系统，可连续开关ADG774的正负差分输入，以产生满量程阶跃。 两个超低失真运算放大器ADA4899-1缓冲多路复用器输出，并驱动18位、5 MSPS PulSAR? ADC AD7960。 RC滤波器(33 Ω/56 pF)有助于减少来自AD7960容性DAC输入端的反冲，并限制进入AD7960输入端的噪声。

高性能、高通道密度、多路复用数据采集系统要求具备可靠的性能、灵活的功能以及高精度，同时还要满足功耗、空间和散热要求。 本文提供根据关键设计考虑因素来选择多路复用信号链元器件以实现预期性能的指南，以及如何在吞吐速率、建立时间和噪声之间进行权衡取舍。 该信号链可实现最优性能，满量程范围内的5 MSPS串扰误差不超过0.01%。