AD7606硬件设计

Rev.0 “Circuits from the Lab” from Analog Devices have been designed and built by Analog Devices engineers. Standard engineering practices have been employed in the design and construction of each circuit, and their function and performance have been tested and verified in a lab environment at room temperature. However, you are solely responsible for testing the circuit and determining its suitability and applicability for your use and application. Accordingly, in no event shall Analog Devices be liable for direct, indirect, special, incidental, consequential or punitive damages due to any cause whatsoever connected to the use of any “Circuit from the Lab”. (Continued on last page) One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 www.analog.com Fax: 781.461.3113 ©2010 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 电路笔记电路笔记 CN-0148CN-0148 连接/参考器件 连接/参考器件 8通道 DAS，内置 16位、双极性、 同步采样 ADC AD7606利用 ADI 公司产品进行电路 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 AD7606-6 6通道 DAS，内置 16位、双极性、同步采样 ADC 放心运用这些配套产品迅速完成设计。 欲获得更多信息和技术支持，请拨打 4006-100-006 或 访问 AD7606-4 4通道 DAS，内置 16位、双极性、同步采样 ADC www.analog.com/zh/circuits 。 ADR421 精密、低噪声XFET®基准电压源 基于 16 位 8 通道DAS AD7606 的可扩展多通道 同步采样数据采集系统(DAS)的布局考虑 电路描述 电路功能与优势 AD7606是一款集成式 8通道数据采集系统，片内集成输入放 大器、过压保护电路、二阶模拟抗混叠滤波器、模拟多路复用 器、16位 200 kSPS SAR ADC和一个数字滤波器。 在电力线路测量和保护系统中，需要对多相输配电网络的大 量电流和电压通道进行同步采样。这些应用中，通道数量从 6 个到 64 个以上不等。AD7606 8 通道数据采集系统(DAS) 集成 16 位双极性同步采样SAR ADC和片内过压保护功能， 可大大简化信号调理电路，并减少器件数量、电路板面积和 测量保护板的成本。高集成度使得每个AD7606 只需 9 个低 值陶瓷去耦电容就能工作。 图 1所示电 路包括两个AD7606器件，可以配置为使用 2.5 V内部基准电 压源或 2.5 V外部基准电压源ADR421。如果REF SELECT引 脚接逻辑高电平，则选择内部基准电压源。如果REF SELECT 引脚接逻辑低电平，则选择外部基准电压源。 在测量和保护系统中，为了保持多相电力线网络的电流和电 压通道之间的相位信息，必须具备同步采样能力。AD7606 具有宽动态范围，是捕获欠压/欠流和过压/过流状况的理想器 件。输入电压范围可以通过引脚编程设置为±5 V或±10 V。 此电路笔记详细介绍针对采用多个AD7606 器件应用而推荐 的印刷电路板(PCB)布局。该布局在通道间匹配和器件间匹配 方面进行了优化，有助于简化高通道数系统的校准程序。当 通道间匹配非常重要时，此电路可以使用 2.5 V内部基准电压 源AD7606；而对于要求出色绝对精度的高通道数应用，此电 路可以使用外部精密基准电压源ADR421，它具有高精度（B 级：最大值±1 mV）、低漂移（B级：最大值 3 ppm/°C）、低 噪声（典型值 1.75 μV p-p，0.1 Hz至 10 Hz）等特性。低噪声 及出色的稳定性和精度特性使得ADR421非常适合高精度转 换应用。这两个器件相结合，能够实现业界前所未有的集成 度、通道密度和精度。 电源要求如下：AVCC = 5 V，VDRIVE = 2.3 V至 5 V（取决于外 部逻辑接口要求）。 本电路笔记描述一个评估板的布局和性能，其中内置两个 AD7606，构成一个 16通道数据采集系统。欲浏览完整的 16 通道DAS PC板文档，请访问： www.analog.com/CN0148_PCB_Documentation。 为实现良好的通道间匹配和器件间匹配，模拟输入通道和器 件去耦的对称布局非常重要。所示数据支持利用图 1所示 16 通道ADC实现的匹配性能。 16通道 DAS的双路 AD7606板布局 在内置多个AD7606 器件的系统中，为确保器件之间的性能 匹配良好，这些器件必须采用对称布局。图 2显示采用两个 AD7606器件的布局。 CN-0148 电路笔记 Rev. 0 | Page 2 of 6 图 1.采用两个AD7606 8通道DAS的 16通道、16位数据采集系统 （原理示意图，未显示所有连接。对于通道间和器件间匹配测试，器件之间的具体连接参见正文） 电路笔记 CN-0148 Rev. 0 | Page 3 of 6 AV 电压平面沿两个器件的右侧布设，V REFIN/REFOUT引脚和REFCAPA、REFCAPB引脚的去耦电 容是攸关性能的重要电容，应尽可能靠近相应的AD7606 引 脚。可能的话，应将这些电容放在电路板上与AD7606 器件 相同的一侧。 CC DRIVE电源走线沿两 个AD7606器件的左侧布设。基准电压芯片ADR421位于两个 AD7606器件之间，基准电压走线向上布设到U2的引脚 42， 向下布设到U1 的引脚 42。使用实心接地层。这些对称布局 原则适用于含有两个以上AD7606器件的系统。AD7606器件 可以沿南北方向放置，基准电压位于器件的中间，基准电压 走线则沿南北方向布设，类似于 图 3显示AD7606电路板顶层的建议去耦配置。 所示的四个陶瓷电容是REFIN/REFOUT引脚、REGCAP引脚、 REFCAPA引脚和REFCAPB引脚的去耦电容。这些电容沿南 北方向放置，以便尽可能靠近相应的引脚。 图 2。 良好的去耦也很重要，以便降低 AD7606 的电源阻抗，及其 电源尖峰幅度。去耦电容应靠近（理想情况是紧靠）这些引 脚及其对应接地引脚放置。 图 3.顶层去耦，显示了两个 REFCAPA引脚、REFIN/REFOUT引脚和 REFCAPA/B引脚的去耦电容 图 4.底层去耦，显示了四个 AVCC引脚和 VDRIVE引脚的去耦电容 图 2.采用两个 AD7606的 16通道 DAS的 PCB布局 CN-0148 电路笔记 Rev. 0 | Page 4 of 6 AD7606内部基准电压源用作系统基准电压源 图 4显示底层去耦配置，它用于四个AVCC引脚和VDRIVE引 脚的去耦。使用多个过孔将引脚与其相应的去耦电容相连。 AD7606 器件周围去耦电容的对称布局有利于器件间的性能 匹配。多个过孔用来将电容焊盘和引脚焊盘接地及接到电压 平面和基准电压走线。 AD7606内置一个 2.5 V基准电压源，经过内部放大，它可以为 AD7606 ADC提供约 4.5 V的缓冲基准电压。在通道间和器件间 匹配性能至关重要的高通道数应用中，可以用一个AD7606的内 部基准电压源为另一个AD7606器件提供基准电压。在此配置 中，U1配置为在内部基准电压下工作，如图 7所示。 16通道系统的通道间匹配 AD7606 U2器件可配置为在外部基准电压源模式下工作。U1 REFIN/RFOUT 引脚提供的 2.5 V 基准电压路由至 U2 的 REFIN/REFOUT引脚。一个 10 μF去耦电容位于 AD7606器 件的 REFIN/REFOUT 引脚。在 AD7606 U1 和 U2 上， REFCAPA和 REFCAPB引脚短接在一起，并通过一个 10 μF 陶瓷电容去耦至 GND。 在高通道数系统中，良好的通道间和器件间性能匹配可以大 大简化校准程序。AD7606 器件、模拟输入通道和去耦电容 的对称布局有助于多个器件之间的性能匹配。使用公共系统 基准电压将能进一步增强系统的匹配性能。图 5显示所有输 入接地时，用于测量板上 16 个通道之间性能匹配的电路配 置。还有最多 7 个码的分布直方图，各通道直方图的中心为 码 0，如图 6所示。 两个AD7606器件均以 200 kSPS的采样速率工作，一个 7.5 V 直流信号施加于U1的V1和V2，如图 7所示。码的直方图如图 8所示。在同一器件的通道之间，平均输出码相差 1.2个码。 板上的所有 16个通道以 200 kSPS速率进行转换。 图 5.用于测试 16通道系统通道间匹配的电路示意图，该系统采用两个 AD7606和外部基准电压源 ADR421，所有输入接地 图 7.用于测试一个AD7606通道间匹配的电路示意图， 使用U1内部基准电压源 图 6. 图 5所示电路的直方图，显示了使用外部基准电压源 ADR421的 16通道系统的通道间匹配性能 图 8. 图 7所示电路的直方图 电路笔记 CN-0148 Rev. 0 | Page 5 of 6 7.5 V信号施加于U1的V1和U2的V1，板上的所有 16个通道 以 200 kSPS速率工作，如 实际理想码的值会因温度而不同，具体取决于系统基准电压 源的温度系数特性。在绝对精度非常重要的应用中，或者在 希望避免通过复杂的温度校准程序实现绝对精度和通道匹配 的应用中，应当使用 ADR421等小容差、低漂移 2.5 V基准 电压源作为 AD7606器件的系统基准电压源。 图 9的配置电路示意图所示。码的 直方图如图 10所示。在不同器件的V1 通道之间，平均输出 码相差 1.4个码。 图 117.5 V直流电压施加于U1的输入（V1和V2），如 的电路 所示，并使用外部基准电压源。U1的两个通道的码直方图如 图 12所示。两个通道的码直方图平均值相差 0.9 LSB。 图 9.用于测试两个AD7606之间器件间匹配的电路示意图，U1内部基准 电压源用作系统基准电压源 图 11.用于测试一个AD7607通道间匹配的电路示意图， 使用外部基准电压源 图 10. 图 9所示电路的直方图 将一个 AD7606 的内部基准电压源用作系统基准电压源时， 以上直方图显示，一个 AD7606 器件的通道之间以及多个器 件的通道之间都具有非常好的匹配性能。 绝对精度 图 12. 图 11所示电路的直方图 除了通道间匹配和器件间匹配外，如果 ADC转换结果的绝对 精度也非常重要，则应使用外部小容差、低漂移基准电压源 作为系统基准电压源。在该电路中，ADR421 2.5 V基准电压 源用作系统基准电压源。 在用于测试器件间匹配的图 13所示电路中，7.5 V直流信号施 加于U1 和U2 AD7606 器件的V1 通道，并使用外部基准电压 源。两个AD7606器件的两个V1通道的码直方图如图 14所示。 板上的所有 16 个通道以 200 kSPS吞吐速率工作。U1 和U2 的V1通道之间的码直方图平均值相差 0.6 LSB。 施加于 AD7606器件的基准电压会影响 ADC输出码： CN-0148 电路笔记 (Continued from first page) "Circuits from the Lab" are intended only for use with Analog Devices products and are the intellectual property of Analog Devices or its licensors. While you may use the "Circuits from the Lab" in the design of your product, no other license is granted by implication or otherwise under any patents or other intellectual property by application or use of the "Circuits from the Lab". Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, "Circuits from the Lab" are supplied "as is" and without warranties of any kind, express, implied, or statutory including, but not limited to, any implied warranty of merchantability, noninfringement or fitness for a particular purpose and no responsibility is assumed by Analog Devices for their use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from their use. Analog Devices reserves the right to change any "Circuits from the Lab" at any time without notice, but is under no obligation to do so. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. ©2010 Analo 常见变化 AD7606 是一款 8 通道DAS，还可以使用AD7606-6（6 通道 DAS）和AD7606-4（4通道DAS）。AD7607是AD7606的 14 位版本。其它基准电压源可以利用基准电压源选型和评估工 具进行选择。 进一步阅读 MT-021 Tutorial, Successive Approximation ADCs. Analog Devices. MT-031 Tutorial, Grounding Data Converters and Solving the Mystery of “AGND” and “DGND”. Analog Devices. MT-101 Tutorial, Decoupling Techniques. Analog Devices. Voltage Reference Selection and Evaluation Tool. Analog Devices. 图 13.用于测试两个AD7606器件间匹配的电路示意图， 使用外部基准电压源 数据手册和评估板 16-Channel DAS PC Board Documentation AD7606 Data Sheet AD7606 Evaluation Board AD7606-4 Data Sheet AD7606-4 Evaluation Board AD7606-6 Data Sheet AD7606-6 Evaluation Board 图 14.图 13所示电路的直方图 ADR421 Data Sheet EVAL-CED1Z Converter Evaluation and Development Board 以上直方图显示，采用 ADR421外部系统基准电压源时，一 个 AD7606 器件的直方图平均值间匹配和多个 AD7606 器件 的直方图平均值间匹配均小于 1 LSB。 修订历史 6/10—Revision 0: Initial Version 结论 本布局能够确保通过一个 AD7606 实现通道间良好匹配性 能，并且同一 PC板上的多个 AD7606之间也具有良好的器件 间匹配性能。AD7606 器件的对称布局，特别是去耦电容将 有助于实现良好的通道间匹配和器件间匹配。在高通道数系 统中，良好的通道间和器件间性能匹配意味着校准程序得以 简化。 g Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. CN08906sc-0-6/10(0) w w w . a n a l o g . c o m Rev. 0 | Page 6 of 6