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高速差分ADC驱动器设计指南

<strong>作者:John Ardizzoni和Jonathan Pearson</strong>

作为应用工程师,我们经常遇到各种有关差分输入型高速模数转换器(ADC)的驱动问题。事实上,选择正确的ADC驱动器和配置极具挑战性。为了使鲁棒性ADC电路设计多少容易些,我们汇编了一套通用“路障”及解决方案。本文假设实际驱动ADC的电路—也被称为ADC驱动器或差分放大器—能够处理高速信号。

<strong>引言</strong>

当每一μA都发挥其作用!

<strong>Jan-Hein Broeders ADI公司</strong>

测量多个参数,读数准确,电池寿命长,—这些对于可穿戴健康设备而言最重要。

自从10年前第一台计步器上市以来,已发生很大变化。最初,测量仅关注计步功能。十年来的研究结果表明,每天走路10000步,即可保持卡路里摄入和消耗平衡。同时,可穿戴设备增加了其他功能和特性,例如测量心率、心率变化、体温和皮肤电导率。可穿戴设备最初是为体育和健康目的而设计,但现在正慢慢进入医疗市场。随着这种转变,我们必须更加依赖测量的准确性和电池的寿命的长短。一块电池能够维持设备运转的时间越长,越容易为用户所用。

本文介绍一款新一代可穿戴设备产品,包括如何提高您的系统可靠性和能效的技巧和提示。

RTD温度测量系统对ADC的要求

<strong>Mary McCarthy and Aine McCarthy</strong>

有多种类型的温度传感器可以用于温度测量系统。具体使用何种温度传感器,取决于所测量的温度范围和所需的精度。温度测量系统的精度取决于传感器以及传感器所接口的模数转换器(ADC)的性能。许多情况下,来自传感器的信号幅度非常小,因而需要高分辨率ADC。Σ-Δ型ADC属于高分辨率器件,适合这些系统。其片内还嵌入了温度测量系统所需的其它电路,如激励电流和基准电压缓冲器等。本文介绍常用的3线和4线电阻温度检测器(RTD),以及传感器与ADC接口所需的电路,并说明对ADC的性能要求。

<strong>RTD</strong>

高速模数转换器精度透视(第一部分)

<strong>作者:Rob Reeder,ADI公司</strong>

模数转换器(亦称为ADC)广泛用于各种应用中,尤其是需要处理模拟传感器信号的测量系统,比如测量压力、流量、速度和温度的数据采集系统(仅举数例)。一般而言,这些信号属于时域签名,以脉冲或阶跃函数的形式出现。

在任何设计中,理解这些类型应用的总系统精度始终都是非常重要的,尤其是那些需要对波形中极小的灵敏度和变化进行量化的系统。理想情况下,施加于信号链输入端的每一个伏特都由ADC以数字表示一个伏特的输出。但是,事实并非如此。所有转换器和信号链都存在与此相关的有限数量误差。

物联网:不要恐慌,视频应用调试入门指南及其它

<strong>摘要</strong>

对于需要进行系统设计和交付的技术团队来说,有效识别和调试半导体问题极为重要。系统复杂度增加以及产品上市时间缩短会对在最短时间内解决问题造成巨大压力——有哪位工程师没有被要求过昨天改完今天交付?在如此重压之下,很难有逻辑又有条理地调试一个问题。而逻辑条理地调试问题却恰恰是及时找到解决方案的关键所在。

显然,完整的调试框架可以大量节省工程师的时间,减少调试复杂半导体问题时的挫败感。本文通过直观的示例描述了这样一种框架。虽然本文透过视频产品来研究半导体问题的表现以及解决方法,但本文中的框架是通用的,适合多种半导体产品门类和不同问题。

利用电表诊断数据发挥部署 AMI的全部潜能

过去15年,电表行业多次见证了自爱迪生和特斯拉时代以来从未有过的大范围、大规模变革浪潮。从机械式电能表过渡到电子式电能表,随后是自动抄表 (AMR) 系统,进而演变为高级计量架构 (AMI) 系统,不仅具有更高速度、双向通信功能,并且能够为中央数据库提供大量数据,以便进行计费、故障检修和分析。不可否认的是,企业效率也随之明显提升,例如数百万电表抄表所需工时骤减,抄表便捷(每个见过电力公司控制室的人都会深有感触),保障工人安全(例如减少上门抄表被狗咬伤的可能),以及减少上门服务而降低对环境的影响。

除了这些优势,AMI网络的主要功能仍然是确保正确计量和核算所有的用电量。

<strong>不止是电表计费 (Meter-to-Cash)</strong>

采用ADP1074、ADP1071-1和ADP1071-2的电源故障排除: 常见情形

<strong>作者:Subodh Madiwale</strong>

<strong>简介</strong>

ADP1074、ADP1071-1和ADP1071-2是业界首批隔离式固定频率、电流模式控制器。对于隔离式电源设计,ADP1074支持同步有源箝位正激拓扑,ADP1071-1和ADP1071-2支持同步反激式拓扑。ADI公司专有iCoupler®技术集成在控制器中,无需传统电源设计中在隔离边界上传输信号的笨重的变压器和光耦合器。该技术降低了系统设计复杂性、成本和元器件数量,并提高了系统的整体可靠性。ADP1074、ADP1071-1和ADP1071-2在原边和副边均集成了隔离器和MOSFET驱动器,实现了紧凑的系统级设计,并且在重负载下的效率高于非同步转换器。

具备自动方向控制功能的隔离式RS-485中继器

<strong>作者:Richard Anslow和Jie Chen</strong>

<strong>简介</strong>

精密数据采集信号链的噪声分析

<strong>Maithil Pachchigar ADI公司</strong>

<strong>简介</strong>

在很多应用中,模拟前端接收单端或差分信号,并执行所需的增益或衰减、抗混叠滤波及电平转换,之后在满量程电平下驱动ADC输入端。本文探讨精密数据采集信号链的噪声分析,并深入研究这种信号链的总噪声贡献。

为应用选择最合适的MEMS加速度计——第一部分

<strong>作者:Chris Murphy</strong>

<strong>简介</strong>

加速度计能够测量加速度、倾斜、振动或冲击,因此适用于从可穿戴健身装置到工业平台稳定系统的广泛应用。市场上有成百上千的加速度计器件可供选择,其成本和性能各不相同。本文第一部分讨论设计人员需要知道的关键参数和特性,以及它们与倾斜和稳定应用的关系,从而帮助设计人员选择最合适的加速度计。第二部分将重点关注可穿戴设备、状态监控(CBM)和物联网应用。

数字电位计与机械电位计:使系统性能达到最佳的重要设计考虑因素

<strong>作者:Joseph Creech和 David Rice,ADI公司</strong>

<strong>摘要</strong>

本文详细介绍如何结合使用数字电位计及其他元件,其中重点说明了对于所有用例都极为重要的设计考虑因素和规格(用于确保设计人员获得最佳的系统性能)。本文还将论述结合使用数字电位计和其他元件(例如运算放大器)来创建灵活的多用途系统时应考虑到的重要设计考虑因素和规格。另外,本文还将探究数字电位计与传统电位计相比的设计优缺点。在本文中,还使用了许多实例来证明:数字电位计所能提供的改善比更传统的替代解决方案还要显著。例如,在运算放大器中,用数字电位计作为反馈电阻,可以使运算放大器的增益根据输入信号的幅度而交替。

Σ-Δ型ADC和DAC

<strong>Σ-Δ概述</strong>

过去几年间,Σ-Δ架构由于在混合信号VLSI工艺中有助于实现高分辨率ADC,因而日益受到青睐。然而,直到最近,商业化生产这些器件所需的工艺技术尚未问世。现在,1微米及更小的CMOS几何结构的制造条件已经成熟,因此Σ-Δ转换器在某些类型的应用中将变得更为常见,特别是在单芯片上集成ADC、DAC和DSP功能的混合信号IC中,Σ-Δ转换器的使用将尤为普遍。

高速模数转换器精度透视 (第三部分)

<strong>Rob Reeder 系统应用工程师 ADI公司</strong>

在任何设计中,信号链精度分析都可能是一项非常重要的任务,必须充分了解。在本系列的第二部分中,我们讨论了在整个信号链累积起来并且最终会影响到转换器的多种误差。请记住,转换器是信号链的瓶颈,最终决定着信号的表示精度。因此,转换器的选择是设定系统整体要求的关键。在本文中,我们将以上述认识为基础,重点分析可能在给定信号链中累积的直流误差的类型。

在信号链中,可能会累积的误差有两类——即直流和交流误差。直流或静态误差(如增益和失调误差)有助于了解信号链的精度或灵敏度。交流类误差也称为噪声和失真,限制着系统的性能和动态范围。这两类误差都需要了解,因为二者最终决定着系统的分辨率。

高速模数转换器精度透视 (第二部分)

<strong>Rob Reeder 系统应用工程师 ADI公司</strong>

在第一部分中,我们讨论了一般静态模数转换器的不精确性误差和涉及带宽的ADC不精确性误差。希望这些内容有助于加深读者对ADC误差以及这些误差如何影响信号链的理解。基于此,要记住的是,并非所有组件都是一样的——有源和无源器件均是如此,因此,无论系统最终选择了什么器件,模拟信号链中都会存在误差。

本文将描述精度、分辨率和动态范围之间的差异。本文还将揭示信号链内部的不精确性是如何累积并导致误差的。定义新设计的系统参数时,这些内容对于理解如何正确指定或选择一个ADC有着重要作用。

<strong>精度、分辨率与动态范围</strong>

传感器及其使用

<strong>DAVID KRESS 技术营销总监 ADI公司</strong>

<strong>历史</strong>

► 公元前5000年,埃及,重量测量证据
► 温标:
– 1593GalileoGalilei:水测温器 • 差分温度检测
– 1612SantorioSantorio在测温器上设置了标度
– DanielGabrielFahrenheit1714(32F,212F,180 等分)
• 第一只带标度的温度计,水银
– AndersCelsius1742(0,100C,100等分) – LordKelvin1848(0K,百分度等分)
– WarrenJohnson1883--恒温器

噪声在高速转换器信号链中的考虑因素

<strong>作者:Rob Reeder ADI公司</strong>

<strong>引言</strong>

本文介绍最常见的外部噪声源以及它们如何影响高速信号链的总动态系统性能,另外给出了一些模拟和数字小技巧,可用来改善您下一款设计的信噪比(SNR)。

<strong>简介</strong>

高速模拟信号链的设计可能非常具有挑战性,因为有如此多的噪声源需加以考虑。无论频率为高速(>10 MHz)或低速,转换器都应视为高速混频器,从而所有输入引脚——无论它们pin信号的类型如何(比如模拟、时钟或电源)——都能让这些pin脚的噪声引入到输出频谱。

锁相环常见问题解答

ADI 是高性能模拟器件供应商,在锁相环领域已有十多的的设计经验。到目前为止,ADI的 ADF 系列锁相环产品所能综合的频率可达 8GHz,几乎能够涵盖目前所有无线通信系统的频段。ADF 系列 PLL 频率合成器不仅包括整数分频,小数分频 VCO 外置产品,还包括集成了 VCO 的产品,从而大大简化您的设计,降低系统成本。

* 整数分频 PLL
* 小数分频 PLL
* 单环 PLL
* 双环 PLL
* 集成 VCO 的 PLL
* 快速锁定 PLL
* 高电压电荷泵 PLL

时钟发生器性能对数据转换器的影响

<strong>摘要</strong>

数据转换器是通信系统中的重要元件,构成模拟传输媒介(如光纤、微波、射频和FPGA及DSP等数字处理模块)之间的桥梁。系统设计师通常侧重于为应用选择最合适的数据转换器,在向数据转换器提供输入的时钟发生器件的选择上往往少有考虑。目前市场上有性能属性大相径庭的众多时钟发生器。然而,如果不慎重考虑时钟发生器、相位噪声和抖动性能,数据转换器、动态范围和线性度性能可能受到严重的影响。本文将详细讨论时钟发生器、相位噪声和抖动对数据转换器(ADC和DAC)的动态范围和线性度的影响。文中将就时钟抖动对转换器SNR的影响进行理论分析,同时介绍运用ADI高性能时钟发生器得到的仿真结果。

选择合适的无源和分立元件以实现最高系统性能

<strong>作者:Tim Watkins,核心应用部门,ADI公司</strong>

<strong>内容提要</strong>

有源和无源元件的选择对电源总体性能影响巨大。效率、产生的热量、物理尺寸、输出功率和成本都会在某种程度上依赖于所选的外部元件。本文描述了在一个典型SMPS设计中,对于下列外部无源和有源器件设计人员需要知道的最重要的规格。这些器件包括:电阻、电容、电感、二极管和MOSFET。

对于效率至关重要的多供电轨应用,开关模式电源(SMPS)已成为事实上的标准。在要求长电池续航时间的电池供电和便携式应用中尤其如此。

GaN功率放大发展状态评测

<strong>Walt DeMore ADI 公司工程经理 </strong>

<strong>摘要</strong>

GaN功率半导体技术和模块式设计的进步,使得微波频率的高功率连续波(CW)和脉冲放大器成为可能。