继数代定制型台式仪器仪表之后，技能的开展持续朝着更灵敏、软件操控以及尺度更小的模块化仪器仪表方向行进。但是，下降功耗以完结噪声和丈量精度方针仍然极具应战。
移动性的完结是抛弃台式仪器仪表的一个要素。根据定制和机架的大型体系从物流视点来讲有局限性。将作业柜/桌面设备分拆成较小的节点可完结自定义装备，并针对测验站点或目标的环境和尺度优化仪器仪表。经过将丈量仪器仪表拆分红较小的节点能够改进移动性，并削减接线和装置费事。与本地移动仪器仪表的接线衔接比布置长线缆回到中心机架或台式仪器仪表简单。花在验证接线和更正过错接线上的时间也能节省下来。尺度的改变暂时不管，对最佳测验功用、确定性以及精度的要求仍然存在。
运用范畴
高动态规模的模块化渠道仪器仪表是二十一世纪丈量设备的根本要求。仪器仪表为林林总总专业范畴的进一步立异、研讨和开发供给了所需的丈量才能。
Ø 资料科学研制范畴的测验，从风车叶片的结构剖析到涡轮机的健康程度、保护保养和电气输出。
Ø 丈量应力/压电传感器的输出、调度电压并完结量化剖析以便进行结构健康和资料开发，一起供给无搅扰的明晰丈量。
Ø 轿车座舱噪声丈量。原型开发期间对座舱内的麦克风输出进行数字化，完结更快速、更准确的操控环路，提高工厂出产吞吐率。
Ø 电气测验：
• 音频丈量，针对语音激活操控和操作开发高档麦克风模块和扬声器。
• 参数丈量精度和速度与测验本钱有关的无源和有源电子器件中ATE内的电气测验。
• EEG需求挨近直流的特定带宽内的极高动态规模。要求更低的功率，以便将数百个同步丈量通道封装在小尺度内。
这些品种繁复运用具有相同杂乱的通道数。工业运用中的规范8通道模块扩展至512通道及以上，用于EEG丈量。关键是将前端丈量规划扩展至很多通道，一起坚持同步采样。它是数据的根底，辅导了整整一代产品的研讨、开发、出产和终究运用。
在发明更小封装的一起坚持丈量通道密度要求高成效。添加模数转化器(ADC)和链路的动态规模(促使其向110 dB开展)，一起将电流耗费约束在合理规模内，这是一场持久战。平衡动态规模、输入带宽和电流耗费不是简单的事。
依托AD7768和AD7768-4才能完结的新ADC子体系现已面世。它能够凭仗数字化才能完结更宽的带宽、比以往更高的精度，供给多通道中的保真度和同步采样。它还具有处理散热难题的东西，可平衡高动态规模模块化体系规划中的动态规模、输入带宽和电流耗费。
可重装备散热尺度、软件可编程丈量带宽
AD7768可习惯丈量场景。散热、更小的空间以及短少自动式冷却都是模块化仪器仪表的约束，而AD7768选用内置操作形式，供给快速、中速和节能调度。关于给定的输入带宽，用户可决定功耗凹凸，然后削减模块内的热量。一个比如就是在51.2 kHz的输入带宽内进行数字化。这类带宽常用于FFT式剖析，由于它在FFT输出中供给整数仓巨细。AD7768选用砖墙数字滤波器帧，需求输入带宽。低纹波通带和峻峭的过渡带结合频率超越51.2 kHz时的全衰减，意味着奈奎斯特频率邻近不会呈现折返。关于AD7768，用户能够挑选快速或中速作业形式。该决议计划有必要权衡电流耗费和动态规模，详细取决于体系约束哪个要素。下面咱们看看详细情况：
图1.数字化50 kHz输入带宽。快速形式功用，FFT标明选用ADA4896-2驱动的功用。(AD7768为快速形式，dec × 64得到输出速率为128 kSPS)预充电模仿输入缓冲器敞开。
图2.数字化50 kHz输入带宽。中速形式功用，FFT标明选用ADA4896-2驱动的功用。(AD7768为中速形式，dec × 32得到输出速率为128 kSPS)预充电模仿输入缓冲器敞开。
这儿展现了动态规模和电流耗费的权衡，运用下列根本设置：MCLK = 32.768 MHz，低纹波通带滤波器(“砖墙”)，每种形式128 kSPS数据速率，选用1 kHz输入正弦波数字化50 kHz输入带宽，满量程以下−0.5 dB。图1和图2显现了ADC功用比照：模仿输入正弦波的一个超卓的低失真数字版别。中速形式可下降电流耗费，但献身噪声和3 dB动态规模。
表1.数字化并创立51.2 kHz带宽的FFT。挑选最高的动态规模或最低的电流耗费。
留意，某些供货商将此数字标明为SNR(短路输入噪声)。AD7768选用完好正弦波进行测验，施行真SNR所需的完好基准规模。
包含预充电模仿输入缓冲器。预充电缓冲器下降模仿输入电流以及输入起伏，使模仿输入更易于驱动前置的驱动器放大器。敞开预充电缓冲器后，AD7768可供给失真功用上的共同优势。
在一个经典的51.2 kHz丈量带宽实例中，用户能够挑选下降电流，或最大化ADC的动态规模。不只功率调度适用于ADC，此外还有一些针对ADC前的驱动器放大器电路的连锁效应。如图3所示，子体系还包含一个驱动器放大器，一般带有信号调度，用于抗混叠。
可挑选功耗不同的放大器匹配各种功耗形式。此表标明，今后可扩展快速形式的开始规划，用于中速或节能形式，且根本尺度不变，但电流耗费下降。
表2.将ADC功耗形式运用到有用的驱动器放大器处理方案中
图3.ADC子体系功耗调度：驱动器放大器尺度面积上可重新装置功耗更低的放大器，合作ADC功耗调度。
图4.中速形式功用，FFT显现ADA4807-2驱动ADC预充电模仿输入缓冲器敞开时的功用。
图5.中速形式功用，FFT显现ADA4940-1驱动ADC预充电模仿输入缓冲器敞开时的功用。
调度至中速形式的较低功耗放大器有助于进一步下降电流耗费。中速形式下运用ADA4807-2或ADA4940-1的功用以图4和图5标明，其间在50 kHz输入带宽规模内数字化沟通或直流。
调和谐调度丈量子体系功耗的才能具有两个优势。首要，灵敏的嵌入式功耗调度答应随时灵敏改进丈量规模或丈量持续时间(例如，模块是否由电池供电)。其次，能够供给创立根底渠道规划的才能，该渠道可设置和适配特定的丈量带宽和功用点，以便开发定制型仪器仪表，应对切当的终究客户丈量应战。
软件可装备输入带宽和推迟——将其运用到一组通道
除了运用AD7768调度ADC电流耗费和动态规模外，还有可装备滤波，能适配丈量处理方案。砖墙、低纹波滤波器能很好地供给宽频率规模内的增益精度。其缺陷是具有较长的积分/均值时间。因而，AD7768的群推迟相对较大，在看到模仿输入的数字版别曾经会存在34个数据周期的推迟。为了供给相对时间轴，当作业在250 kSPS的快速形式时，每一个数据转化周期为4 μs，因而群推迟为136 μs。在操控环路中，或快速呼应比频率规模内的增益精度更重要的运用中，或许无法忍受这一缺陷。运用sinc5滤波器能够完结这些高动态规模丈量。相关于宽带滤波器，该途径可下降10倍的群推迟。
AD7768一个有用的功用是，答运用户在通道中混合运用各品种型的滤波器。每一个ADC都可被分配给两组通道之一。之后，每组都可被分配给两个滤波器之一，并从六个可用的抽取速率中挑选一个进行设置。这项功用可让八个ADC完结不同的丈量类型，并答应经过软件设置进行装备，好像每个ADC都是独立的。一个示例场景是，监控重要工业财物时，用户或许期望丈量4 mA至20 mA发送器或电压输出发送器的直流输出，一起在另一个模仿输入通道上丈量振荡传感器。能够读取发送器的直流呼应，并馈入操控环路，一起在另一个同步通道上丈量振荡。混合运用输入带宽和推迟的才能是为工业设置创立定制型高价值仪器仪表的根底：一个仪器仪表具有两种功用，即运转流程变量并对工厂振荡信息进行积分，两者在一个体系上一起完结。
图6.sinc5滤波器与宽带滤波器的群推迟比照。Sinc5针对模仿输入供给快速呼应，合适环路推迟有必要最小化的操控环路运用。绿点标明群推迟时间的样本，粉点标明每一个滤波器的终究树立值。
图7.为不同类型的滤波器装备不同的ADC通道。两个群：A为宽带，B为sinc。各群的抽取速率还可经过SPI装备。
高功用、可扩展高速度以及低功耗成果现代尺度和运用场景
大型固定仪器仪表正逐渐转化为更具移动性、更灵敏的设备。它们能为各种职业、商场和运用的高档开发和立异供给高价值潜力。面临如此具有应战性的动态规模、输入带宽和电流耗费，运用高档ADC有助于缓解这些难题，并为规划人员供给更强壮的东西。
作者简介
Michael Clifford是爱尔兰利默里克市ADI公司线性和精细技能运用团队成员。他于2004年参加ADI，专心于精细模数转化器产品，尤其是在精细直流和沟通丈量中运用Σ-Δ拓扑的产品。他结业于科克大学(UCC)，取得电气与电子工程学士学位。
