电路功用与优势
图1所示电路是高性价比、高度集成的16位、250 kSPS、8通道数据收集体系，可对±10 V工业级信号进行数字化转化。该电路还可在丈量电路与主机操控器之间供给2500 V rms阻隔，整个电路选用阻隔式PWM操控5 V单电源供电。
图1. 16位、250 KSPS、8通道数据收集体系（原理示意图：未显现一切衔接和去耦）
电路描绘
此电路合作 16位、8通道、250 kSPS PulSAR ADC AD7689 和两个低本钱精细四通道运算放大器 AD8608 运用，在数据收集体系内供给一切信号调度和数字化功用。别的仅需求AD8605运算放大器，用于缓冲AD7689的基准电压。
AD8605 和AD8608分别是低本钱单通道和四通道轨到轨输入和输出CMOS放大器。AD8608可对±10 V输入信号进行回转、电平转化和衰减，以便匹配ADC的输入规模，当运用+4.096 V基准电压源和+5 V单电源时，输入规模为0 V至+4.096 V。
AD8605用作外部基准电压缓冲器，为电平转化供给满足的驱动才能。AD8605和AD8608具有极低的失调电压、低输入电压和电流噪声以及宽信号带宽，因而合适各种运用。AD8608的低电流和电压噪声可保证电阻噪声是高输入阻抗输出噪声的主要因素。本电路中的输入阻抗（等于R1）为50 kΩ。
16位、8通道、250 kSPS PulSAR ADC AD7689内置多通道低功耗数据收集体系所需的一切元件。它包含一个16位SAR ADC、一个8通道低串扰多路复用器、一个低漂移基准电压源和缓冲器、一个温度传感器、一个可选单极点滤波器和一个通道序列器。序列器可用于接连扫描通道，且不需求微操控器或FPGA来操控通道开关。AD7689选用20引脚、4 mm &TImes; 4 mm LFCSP小尺度封装，因而本钱和印刷电路板（PCB）面积降至最低。作业温度规模为−40°C至+85°C。5 V电源、250 kSPS时的功耗为12.5 mW（典型值）。
ADuM3471为四通道数字阻隔器，集成PWM操控器和变压器驱动器用以驱动阻隔式DC/DC转化器。ADuM3471为电路供给5 V、2 W阻隔电源，并在SPI接口阻隔数字信号。
模仿前端规划
在过程操控和工业自动化体系中，典型的信号电平最高可达±10 V。图1电路运用具有衰减和电平转化功用的反相放大器，将±10 V信号转化为合适ADC规模的信号。
电路公式如下：
前端信号增益（−R2/R1）设置为−0.2，使得抵达ADC的信号规模为4 V峰峰值。这与0 V至4.096 V的输入规模（等于基准电压VREF）相合适。
关于O V输入信号，运算放大器的输出应坐落中心电平或0.5 VREF。
把公式1代入公式2，得到
运算放大器输入端的共模电压经过下式核算：
For R3/R4 = 1.4 且 VREF = 4.096 V时，运算放大器的共模电压为1.7 V。
每个AD8608内有四个放大器，四个同相输入短接在一同并衔接到电阻分压器R3/R4。第二个分压器用于第二个AD8608。要消除运算放大器输入偏置电流，
电路输入阻抗为R1，抱负情况下应较高。不过，电阻热噪声与电阻平方根成正比，因而体系噪声功能随该电阻值增加而下降。要决议最佳值，需求对噪声进行简略剖析。
依据奈奎斯特原则，最大信号频率成分应小于最大采样速率的一半。AD7689 250 kSPS采样速率发生125 kHz的奈奎斯特频率。为了将此带宽内的信号衰减降至最低，前端的−3 dB截止频率被规划为奈奎斯特频率的大约12倍或1.5 MHz。
此电路的噪声模型如图2所示。本电路中有三种噪声源：电阻噪声、放大器电压噪声和放大器电流噪声。每个噪声源的均方根值如表1所示。有关运算放大器噪声的概况，请拜见运用笔记 AN-358和教程 MT-047、 MT-048和 MT-049。
图2. AD8608反相装备的噪声模型
在方针带宽内，ADC之前的总均方根噪声应小于0.5 LSB，以便ADC可对输入信号进行正确数字转化。
电阻噪声可经过下式核算：
其间R单位为Ω。
运用图1所示电阻值和1.5 MHz带宽时的噪声功能总结在表1中。
这些不相关噪声电压以“方和根”方式相加；因而1.5 MHz带宽内的总运算放大器输出均方根噪声约为21.3 μV。关于4.096 V基准电压，16位LSB为62.5 μV。21.3 μV的均方根噪声小于0.5 LSB，所以图1所示电阻值合适本运用。
请注意，总输出噪声的最大来历是电阻R2，在本电路中为10 kΩ。减小R2值需求R1成份额下降，然后下降输入阻抗。
AD8608的输入电流噪声很小，除非运用极大电阻值，不然不会成为重要因素。AD8605和AD8608的低输入电流噪声和输入偏置电流使其成为高阻抗传感器（例如光电二极管）的抱负放大器。
与R2并联地增加C1电容，以构成单极点、有源低通滤波器。带宽运用公式7核算。假定运用1.5 MHz、−3 dB带宽，C1约为10 pF。本电路中，考虑到PCB板的寄生效应，挑选8.2 pF值。
模数转化器（ADC）
AD7689是一款现代SAR ADC，运用内部开关%&&&&&%DAC。因为选用SAR架构，转化过程中无流水线推迟，然后大大简化多路复用操作。图3显现等效模仿输入电路。小瞬态电流以采样频率注入模仿输入，由R5和C2组成的外部滤波器网络减小了它对运算放大器输出的影响。此外，滤波器带宽为2.7 MHz，可削减ADC输入端的噪声。
图3. AD7689的等效模仿输入电路
在4.096 V或2.5 V可选基准电压下，此电路的输入规模可在±10 V和±6 V之间切换，而不会下降体系分辨率。
内部温度传感器可用于监控AD7689的结温，完成精细运用中的体系校准和温度补偿。
阻隔电源和数字I/O的单芯片解决方案
ADuM3471是用于电源和数字I/O阻隔的单芯片解决方案。阻隔电压为2500 V rms（UL 1577器材认可）。ADuM3471供给4通道阻隔式I/O端口，并集成用于阻隔式DC/DC转化器的PWM操控器和变压器驱动器。合作一些外部元件运用时，ADuM3471可经过任何调理电压（3 V至24 V）供给2 W阻隔电源。必要的外部元件是一个用于电能传输的变压器、两个用于全波整流的肖特基二极管、一个用于纹波按捺的LC滤波器和两个用于设置输出电压的反应电阻。概况拜见ADuM3471数据手册和图1。
布局考量
该电路或任何高速/高分辨率电路的功能都高度依赖于恰当的PCB布局，包含但不限于电源旁路、信号路由以及恰当的电源层和接地层。有关PCB布局的详细信息，请拜见教程 MT-031、 教程 MT-101和 高速印刷电路板布局有用攻略（《模仿对话》一文。
有关CN-0254的完好规划支撑包，包含原理图、电路板布局和BOM，请参阅http://www.analog.com/CN0254-DesignSupport。
体系功能
图4显现评价板端子板上的CH0至CH7短接到GND时，10，000个ADC的代码样本（1 kSPS时需求1秒）的曲线图。请注意，95%的代码处于4 LSB，峰峰值散布约为7 LSB。这对应于约7 ÷ 6.6 = 1.1 LSB的均方根值。
图4. 0 V DC输入时的直方图，10，000个样本
沟通功能如图5所示。采样速率250 kSPS由体系演示渠道 （EVAL-SDP-CB1Z SDP）操控，包含信号窗口和FFT的数字信号处理经过CN-0254评价软件在PC上核算。输入正弦波形为20 kHz音频，由低失真BK正弦发生器Type 1051供给。
图5. KAISER窗口（参数 = 20）、20 KHZ输入、250 KSPS采样速率下的FFT
常见改变
关于需求更高采样速率的运用，AD7699采样速率高达500 kSPS，是AD7689的抱负引脚替代产品。
AD8615、 AD8616 和 AD8618 分别为单通道/双通道/四通道精细、CMOS、轨到轨输入/输出运算放大器，带宽最高可达20 MHz。可用于带宽需求比AD8605/AD8608 系列更高的运用。
ADR3412 （1.200 V）、ADR3420 （2.048 V）、ADR3425 （2.500 V）、ADR3430 （3.000 V）、ADR3433 （3.300 V）、ADR3440 （4.096 V） 和 ADR3450 （5.000 V）均为低本钱、低功耗、高精度CMOS基准电压源，具有±0.1%的初始精度、低作业电流和低输出噪声特性，选用SOT-23小型封装。假如需求，这些器材可替代AD7689内部基准电压源。
ADuM3470、 ADuM3471、ADuM3472、ADuM3473和ADuM3474 十分合适需求电源和数字I/O阻隔的运用。ADuM120x 和 ADuM140x系列用于阻隔式I/O扩展。针对高数据速率，ADuM344x系列最高支撑150 Mbps。
