【導讀】本文介紹新一代多路複用模數轉換器(ADC)如何提供更多通道、更深入的信號鏈集成、靈活性和魯棒性優勢
，以簡化複雜係統設計，從而支持在先進工廠和生產設施中實現自動化和過程控製。

簡介

在現代生產設施中，適當的模擬前端(AFE)對於實現穩定可靠
、精密準確的模數轉換至關重要。由於不同係統和機器之間存在差異，通常情況下
，可以使用可編程邏輯控製器(PLC)來控製許多複雜的參數。為此

，將通過模擬輸入模塊來利用不同的傳感器和信號。許多傳感器（例如壓力、流量、溫度和稱重量傳感器）提ti供gong代dai表biao所suo測ce參can數shu量liang的de模mo擬ni輸shu出chu。因yin此ci，需xu要yao許xu多duo精jing密mi準zhun確que的de模mo擬ni信xin號hao輸shu入ru來lai生sheng成cheng數shu字zi輸shu出chu。然ran而er，模mo數shu轉zhuan換huan隻zhi是shi工gong作zuo任ren務wu的de一yi部bu分fen。生sheng產chan設she施shi中zhong的de節jie點dian
、傳感器
、模擬輸入模塊和PLC之間相互連接，生產環境中也充斥著電氣噪聲和其他幹擾因素（如EMI）。因此，穩定可靠的ADC對於在如此惡劣的條件下有效運行至關重要。

新型多路複用ADC具有高集成度、高精度，高度靈活且穩定可靠

PLC包含許多模擬電壓輸入，用以監控其係統，因此通道數較多。

例如，可以使用具有11個單端輸入或6個帶緩衝器的差分輸入的ADClaishixiangaotongdaoshu。danduanhuochafenshurutexingshiqikeyiyubutongchuanganqiqingsonglianjie。ciwai，duiyushiyongwaibujiancedianzujinxingdianliuceliangdeqingkuang，jiangqizhongyixietongdaofenpeidaojiaodishurufanweifeichangyouyong。zaixiandaiduolufuyongADC中，例如AD411x係列中的某些器件，此類檢測電阻已集成到器件中。

AFE還集成了關鍵的無源元件，例如采用ADI公司iPassives®技術的高精度、低漂移
、匹配的1 MΩ和10 MΩ分壓器，因此無需昂貴的外部元件。這樣，可以充分縮減解決方案的尺寸
、重量和電路板空間，在實現更高密度的同時
，空間利用也更加優化。

圖1.新一代多路複用ADC的內部結構

新型多路複用ADC（例如AD4116）是一款低功耗、低噪聲、24位Σ-Δ型ADC，其中集成了極高阻抗AFE。圖1顯(xian)示(shi)了(le)該(gai)器(qi)件(jian)的(de)內(nei)部(bu)結(jie)構(gou)。為(wei)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)靈(ling)活(huo)性(xing)，輸(shu)入(ru)可(ke)以(yi)獨(du)立(li)配(pei)置(zhi)。每(mei)種(zhong)設(she)置(zhi)都(dou)允(yun)許(xu)用(yong)戶(hu)使(shi)能(neng)或(huo)禁(jin)用(yong)緩(huan)衝(chong)器(qi)，校(xiao)正(zheng)增(zeng)益(yi)和(he)失(shi)調(tiao)，選(xuan)擇(ze)濾(lv)波(bo)器(qi)類(lei)型(xing)
，選(xuan)擇(ze)輸(shu)出(chu)數(shu)據(ju)速(su)率(lv)(ODR)，以及選擇基準電壓源。

靈活選擇不同的基準電壓源，有助於輕鬆完成設計任務。這些多路複用ADC具有多種基準電壓源選項，例如：內部低漂移2.5 V電壓源
，通過差分Ref+和Ref-引腳提供的外部基準電壓源，或使用模擬電源(AVDD-AVSS)。對於外部基準電壓源，此類ADC的兩個基準輸入端均有真正的軌到軌
、集成精密單位增益緩衝器。這些緩衝器具有高輸入阻抗，使外部高阻抗信號源可以直接連接到這些輸入。

同樣
，使用該ADC的用戶可以選擇時鍾源
，例如內部振蕩器、外部晶振或外部時鍾
，這種靈活性可簡化設計過程。

在模擬端，從外設接收外部電壓的輸入端是決定多路複用ADC穩健性的關鍵因素。使用5 V單電源時，AD4116等現代多路複用ADC可以實現高達±20 V的輸入範圍。該ADC甚至可以接受超出這些範圍的輸入電壓而不會損壞器件
，因為其絕對最大額定值為±65 V。然而
，在該輸入範圍內
，精度上可能會有所損失。TVS等外部保護器件（如圖2所示）可以在超出絕對最大額定值時保護ADC。在數字端，CRC校驗增強了接口的穩健性。

ADC輸入端的RC低通濾波器（如圖2所示）有助於抗混疊和噪聲濾波。重要的一點是，濾波電阻與ADC的輸入阻抗串聯放置。此電阻會影響內部分壓比

，導致增益誤差。不過，當ADC的輸入阻抗非常高（例如10 MΩ）時，分壓誤差將非常小。例如
，如果使用180 Ω，誤差僅為0.0018%左右。此外
，該誤差可以通過係統校準或調整增益設置來消除。前者可利用新型多路複用ADC提供的校準模式來完成。這些現代ADC具有四種子校準模式：內部零電平、內部滿量程、係統零電平和係統滿量程。

除校準模式外
，對於正常操作

，還提供其他選項
，包括連續轉換模式、連續讀取模式或單次轉換模式。為了在功耗預算有限的係統中節省功耗，用戶還可以激活待機或關斷模式。

額外的集成功能

新型多路複用ADC的高集成度帶來了更大的靈活性，尤其是在典型的自動化應用中。例如，有四個集成通用輸入輸出(GPIO)引腳，其中兩個可配置為數字輸入或輸出
，而另外兩個可以單獨配置為數字輸出(GPO)。這些GPIO或GPO引腳可用於控製額外的外部多路複用器。利用外部多路複用器可以進一步增加通道數。另一個集成特性是可編程延遲模塊，它可以在ADC開始采樣之前使能。此延遲可以使外部多路複用器或放大器穩定下來。默認情況下
，新型ADC生成24位轉換結果。但是
，轉換結果的寬度可以通過一個控製位減少到16位，以便簡化某些微控製器的數據處理。

jichengshiwenduchuanganqikeyibangzhujiankongqijiangongzuodehuanjingwendu。tahaikeyongyuzhenduanmude
，huozhezuoweiyigezhibiaolaipanduanyingyongdianlushifoubixuyunxingxiaozhunlichengyibuchanggongzuowendudekenengbianhua。

圖2.典型連接圖

結論

新型多路複用ADC精(jing)度(du)高(gao)且(qie)易(yi)於(yu)集(ji)成(cheng)，可(ke)滿(man)足(zu)現(xian)代(dai)生(sheng)產(chan)設(she)施(shi)和(he)工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)對(dui)高(gao)性(xing)能(neng)和(he)魯(lu)棒(bang)性(xing)日(ri)益(yi)增(zeng)長(chang)的(de)需(xu)求(qiu)。與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)獲(huo)得(de)了(le)更(geng)大(da)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)，可(ke)以(yi)更(geng)快(kuai)速(su)輕(qing)鬆(song)地(di)滿(man)足(zu)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)要(yao)求(qiu)。

關於ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領先的半導體公司，致力於在現實世界與數字世界之間架起橋梁
，以實現智能邊緣領域的突破性創新。ADI提供結合模擬、數字和軟件技術的解決方案，推動數字化工廠、汽車和數字醫療等領域的持續發展

，應對氣候變化挑戰，並建立人與世界萬物的可靠互聯。ADI公司2022財年收入超過120億美元，全球員工2.4萬餘人。攜手全球12.5萬家客戶，ADI助力創新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。

關於作者

Hakan Uenlue是ADI公司高級現場應用工程師。他擁有斯圖加特大學電氣和電子工程碩士學位。他於2015年加入ADI公司，在此之前曾擔任硬件開發人員和現場應用工程師。

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