衔接/参阅器材
AD7091R 超低功率、12位、1 MSPS ADC
AD8031 2.7 V、800 μA、80 MHz轨到轨I/O单路放大器
评价和规划支撑
电路评价板
AD7091R评价板(EVAL-AD7091RSDZ)
体系演示渠道(EVAL-SDP-CB1Z)
规划和集成文件
原理图、布局文件、物料清单
电路功用与优势
图1中的电路是超低功耗数据收集体系，选用12位、1 MSPS SAR ADC AD7091R 和运算放大器驱动器AD8031，电路的总功耗低于5 mW，选用3 V单电源供电。
所选器材的低功耗和小封装尺度使得这种组合成为业界抢先的便携式电池供电体系解决方案，在这种体系中功耗、本钱和尺度极为要害。
当VDD引脚为3 V时，AD7091R的电源电流典型值仅为350 μA，远低于现在市场上的任何ADC竞赛产品。这意味着典型功耗约为1 mW。
AD8031仅需800 μA的电源电流，电源电压为3 V时的典型功耗为2.4 mW，在10 kHz模仿输入信号下以1 MSPS的速率进行采样时，体系总功耗低于5 mW。
电路描绘
针对模仿信号，大多数SAR ADC需求适宜的输入缓冲器以取得最佳功用。当内部采样坚持开关从坚持切换到采样时，缓冲器可将信号源与ADC输入发生的瞬变彼此阻隔。驱动ADC的缓冲器有必要从该瞬变中康复，并在ADC收集时刻之内树立至所需精度。这在信号源具有高阻抗，而且低失真和高信噪比极为要害的运用中尤为重要。因而，挑选适宜的缓冲器运算放大器便成为该规划中极为重要的一个环节。
AD7091R是一款12位、快速、超低功耗、单电源供电ADC，集成2.5 V内部基准电压源。该器材可选用2.7 V至5.25 V电源供电。AD7091R的吞吐速率可达1 MSPS。当输入信号为10 kHz、采样速率为1 MSPS时，该器材的总功耗约为2.3 mW。
在无需1 MSPS采样频率的运用中，这一数字将下降，由于AD7091R的功耗与吞吐速率成正比，如表1所示。
可经过下降转化器的吞吐速率而进一步下降功耗。表1显现当电源为3 V且器材作业在一般形式下，AD7091R的典型功耗与吞吐速率的联系。
表1表明激活关断形式后可削减的功耗。当AD7091R作业在较低的吞吐速率时，关断形式关于大起伏下降电源需求极为有用。
AD7091R选用小型3 mm × 2 mm、10引脚LFCSP或3 mm × 5 mm、10引脚MSOP封装。两款封装与同类竞赛解决方案比较，大起伏节省了空间。
AD8031是一款低功耗轨到轨输入/输出运算放大器，是AD7091R驱动放大器的优化版别。AD8031选用2.7 V至12 V电源供电，支撑经过一个供电轨驱动两个IC。AD8031带宽为80 MHz，压摆率为30 V/μs，到达0.1%精度的树立时刻为125 ns。
当选用单电源作业时，AD8031的输出可达负供电轨的20 mV以内。若要到达0 V输入的线性度，则AD8031需求一个额定的负电源(参阅攻略MT-035)。
图1显现了简化电路图。运用100 nF和10 μF陶瓷电容可对IC电源引脚完成杰出的接地去耦。将这些电容放置于尽或许接近两个%&&&&&%的电源引脚的方位。
牢记，该ADC的模仿输入信号不能超越供电轨300 mV以上。假如信号超越此电平，内部ESD维护二极管将呈正偏，并开端向基板内传导电流。二极管的最大导通电流为10 mA，不会导致不行康复的器材损坏。可经过在VIN和AD7091R的电源供电轨之间衔接一对肖特基二极管到达维护的效果，如攻略MT-036中所描绘。
AD7091R集成了一个内部2.5 V基准电压。针对REFIN/REFOUT引脚的杰出去耦可到达指定的功用。REFIN/REFOUT电容的典型值为2.2 μF。留意可经过外部加载内部基准电压。
若运用了外部基准电压，则该电压规模有必要为2.7 V至VDD，而且有必要衔接REFIN/REFOUT引脚。调节器旁路(REGCAP)去耦电容的典型值为1 μF。
施加于VDRIVE输入的电压操控串行接口的逻辑电平电压。将该引脚衔接至逻辑系列的电源电压，该电源电压与AD7091R数字输出相连。可将VDRIVE设为1.8 V至VDD规模内的值。VDRIVE去耦%&&&&&%的典型值为100 nF，与10 μF并联。
若需繁忙指示功用，可在VDRIVE和SDO引脚之间衔接一个100 kΩ的上拉电阻。
用于缓冲AD7091R模仿输入的AD8031被装备成一个单位增益缓冲器。在运算放大器的输出级后边衔接一个单极点RC滤波器，以下降带外噪声。RC滤波器的截止频率设为660 kHz。但是，依据体系吞吐速率的要求，该参数或许有所不同。关于AD7091R未作业在最大吞吐速率下的体系，可下降滤波器的截止频率。取决于模仿信号的输入起伏和失调，可将AD8031运算放大器装备成供给增益、衰减和电平转化，以匹配ADC模仿输入规模的输入信号摆幅。
表1. AD7091R在3 V、一般形式下的典型功耗与吞吐速率的联系
留意，采样时转化开端脉冲宽度 = 20 ns，VDD = VDRIVE = 3 V。
图2和图3表明电路的积分非线性(INL)和微分非线性(DNL)曲线。留意INL和DNL低于±1 LSB。
图4表明针对8192个样本核算的FFT数据;采样速率为1 MSPS，模仿输入频率为10 kHz。SNR为70.44 dBFS。
该电路有必要构建在具有较大面积接地层的多层印刷电路板(PCB)上。为完成最佳功用，有必要选用恰当的布局、接地和去耦技能(请参阅攻略MT-031、攻略MT-101以及CN-0247规划支撑包中展现的AD7091R评价板布局)。
依据运用和传感器的具体要求，能够更改AD7091R和AD8031周围的器材值。例如，可装备缓冲器以供给增益和失调，而且RC滤波器的截止频率可依据采样频率和输入频率而改变。
有关完好的文档包，包含原理图、电路板布局以及物料清单(BOM)，请参阅http://www.analog.com/CN0247-DesignSupport
电路评价与测验
为了评价和测验AD7091R与本电路笔记所述电路，咱们开发了评价板EVAL-AD7091RSDZ。有关具体的原理图和用户攻略，请参阅EVAL-AD7091RSDZ文档。图5显现测验设置的功用框图。
设备要求
为测验该电路，需求如下设备：
· EVAL-AD7091RSDZ评价板(包含软件和9 V直流壁式电源适配器)
· EVAL-SDP-CB1Z体系演示渠道电路板
· 一个低失真信号发生器，如Agilent 81150A或Audio Precision System Two 2322
· 带USB 2.0端口的PC，运转Windows® XP、Windows Vista或Windows 7(32位或64位)
· 电源：9 V直流壁式电源适配器(包含在评价板中，外部3 V / 50 mA直流电源)
设置
衔接任何硬件之前，保证EVAL- AD7091RSDZ评价板上的衔接方位如下：
· LK1：方位A(挑选AD8031作为输入缓冲器)
· LK2：方位A(输入J5衔接至输入缓冲器)
· LK5：方位A(使能外部VDRIVE源)
· LK6：方位B(使能外部VDD源)
之后，依据评价板文档中所述衔接硬件并装置软件。
测验
请参阅评价板文档，检查怎么运转本电路笔记中所述各种测验的完好描绘。
