技术

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<strong>作者：Luis Orozco，ADI公司系统应用工程师</strong>

同步检测是一项实用的技术，它可通过许多仪器仪表应用提取低于噪底的嵌入低电平信号。例如：测量非常小的电阻，测量在强背景光下光的吸收或反射，或者甚至在高噪声电平的情况下进行应变测量。

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精密模数转换器应用广泛，如仪器仪表和测量、电力线继电保 护、过程控制、电机控制等。目前，SAR 型ADC 的分辨率可 达18 位甚至更高，采样速率为数MSPS；Σ-Δ 型ADC 的分辨 率则达到24 位甚至32 位，采样速率为数百kSPS。为了充分 利用高性能ADC 而不限制其能力，用户在降低信号链噪声方 面（例如实现滤波器）面临的困难越来越多。

本文讨论在ADC 信号链中实现模拟和数字滤波器以便达到最 佳性能所涉及到的设计挑战和考虑。如图1 所示，数据采集信 号链可以使用模拟或数字滤波技术，或两者的结合。精密SAR 型和Σ-Δ 型ADC 一般在第一奈奎斯特区进行采样，因此，本 文将着重讨论低通滤波器。本文的意图不是讨论低通滤波器的 具体设计技术，而是讨论其在ADC 电路中的应用。

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<strong>简介</strong>

工业和仪器仪表 (I&I)应用的一个关键要求是具有可靠的数据接口，用于通过诊断端口检查相连系统。RS-232 bus standard是I&I应用中使用最早也最广泛的物理层总线设计标准之一。RS-232最初于 1962 年推出，是一种单端数据传输标准；尽管有谣传称其很快消亡，但其实它现在仍然是短线通信行业广泛采用的一种通信标准。

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<strong>概述</strong>

AD-FMCMotcon1-EBZ提供有效的电机控制解决方案，用于不同类型的电机中。每个FPGA接口(FMC)可驱动一个步进、两个有刷直流(BDC)、两个无刷直流(BLDC)或两个永磁同步电机(PMSM)。该板卡可解决电机控制应用中的功耗和隔离挑战，提供针对电机反馈信号的精确测量。作为Xilinx Zynq®
FPGA基板的配套板卡，该电机控制FMC板可连接任意Xilinx FMC平台。

<strong>速度控制参考设计</strong>

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<strong>Frederik Dostal ADI公司 </strong>

数字电源可用于实现许多很有意思的功能。借助可编程调节环路，可在不同工作条件下获得更佳的环路特性。电源与完整系统的数字连接可实现电压和电流的精确监控。此外，数字电源还提供高灵活性。可以相当快的速度修改不同参数。这简化了电路设计过程并加快了系统衍生产品的开发。

当然，许多电源专家仍然对采用数字电源有一些抗拒。电源设计人员通常不是经验丰富的软件工程师。但在数字电源项目中，通常会在开发团队中增加一名软件工程师。经验表明，由电源专家和软件专家共同开发电源可能会产生一些复杂问题。这两者之间的交流可能导致误解，并最终导致项目延期。

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<strong>Brendan Cronin 营销工程师 ADI公司</strong>

<strong>电路描述</strong>

许多现代工业和仪器仪表系统可以接入多个不同电源，最常见的是15 V用于模拟电路，3 V或5 V用于数字逻辑。其中大部分应用要求输出以10 V摆幅驱动外部大负载。本文讨论为这些应用选择数模转换器(DAC)时遇到的各种权衡因素，并且提出了详细的电路原理图。

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<strong>电路功能与优势</strong>

数字控制电流源在许多应用中至关重要，如电源管理、电磁阀控制、电机控制、阻抗测量、传感器激励和脉搏血氧仪等。本文介绍三种利用 DAC、运算放大器和 MOSFET 晶体管构建支持串行接口数字控制的电流源。

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<strong>作者：Miguel Usach</strong>

<strong>典型DPD应用</strong>

模数转换器(ADC)中集成的缓冲器和放大器通常是斩波型。有关这种斩波实现的例子，可参见AD7124-8和AD7779数据手册。需要这种斩波技术来最大程度地降低放大器的失调和闪烁噪声(1/f)，因为与其他工艺(如双极性工艺)相比，CMOS晶体管噪声高，难以匹配。通过斩波，放大器的1/f和失调转换到较高频率，如图1所示。

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<strong>电路功能与优势</strong>

图1所示紧凑型双芯片电路提供非接触式各向异性磁阻 (AMR)测量解决方案，可用于角度或线性位置测量。该双 芯片系统在180°范围内具有优于0.2°的角精度，在0.5英寸范 围内具有2 mil(0.002英寸)线性精度，具体取决于所用磁体的 尺寸。

该电路适用于高速、高精度、非接触式角度和长度测量关 键型应用，比如机床速度控制、起重机角度控制、无刷直 流电机和其他工业或汽车应用。

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<strong>简介</strong>

设计隔离测量仪器颇具挑战性，有时甚至会令人沮丧不已。隔离前端可以保护用户免受测量系统中可能存在的致命电压的伤害，同时允许工程师在高共模电压下进行精确的测量。图1所示为此类测量的一个典型示例。在高压燃料电池或电池组中，了解单个电池的电压有助于确保系统的安全运行，同时可以最大限度地延长电池寿命。在确定单个电池的电压时，我们必须在高达数百伏特的共模电压下进行测量。在用热电偶测量载流导体的温度时，会出现类似的情况。在本例中，系统必须具备测量毫伏级信号分辨率的能力，同时抑制高电平的60 Hz共模噪声，并保护操作员不受任何危险电压的伤害。

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<strong>作者：Miguel Usach Merino，ADI公司</strong>

在分布式系统中，模拟信号在传感器或负载间来回远程传输。在这类系统中，信号要传输很长的距离，噪声抑制能力成为一个重要考虑因素。噪声会耦合进信号中，结果使数据遭到破坏，由此产生不良影响。系统需要得到适当的保护，了解预期噪声的量和性质可以明确需要采取的保护措施，以取消或者至少减少环境干扰水平。

噪声源或干扰源一般有两种，根据其耦合进主信号的方式，分为共模噪声和差模噪声两种，如图1所示。

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<strong>作者：David Rice，ADI公司应用工程师</strong>

工业系统中的数模转换器(DAC)可能需驱动宽范围负载。若DAC采用固定电源供电，那么这样做会让芯片产生大量功耗，尤其当负载较小或短路至地时。片内功耗会导致温度上升至超过建议的工作限值，这对具有高通道密度或较高环境温度的系统而言可能是个大问题。例如，理想DAC需要向100 Ω至1 kΩ范围内的用户定义负载提供高达20 mA电流。这种情况下，最低电源电压必须为20 V。DAC产生的最高功率为V × I = 20 V x 20 mA = 0.4 W。

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隔离式半桥栅极驱动器可用于许多应用，从要求高功率密度和效率的隔离式DC-DC电源模块，到高隔离电压和长期可靠性至关重要的太阳能逆变器等等，不一而足。本文将详细阐述这些设计理念，探索隔离式半桥栅极驱动器解决方案在提供高性能和小尺寸方面的卓越能力。

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<strong>作者：Harry Holt，ADI公司应用工程师</strong>

<strong>内容提要</strong>

对于大多数IC(集成电路)，数据手册上都会列出最大电源电流，但人们常常对其测量条件视而不见。对于某些轨到轨输出运算放大器，某些操作可能会导致电源电流比规定的最大值高出2到10倍。本文探讨在确定最大电源电流时，需要考虑哪些方面；本文的讨论对双极性和CMOS运算放大器均适用。

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许多传感器接口应用要求信号和电源隔离。为了运行模数转换器(ADC)、提供传感器偏置以及实现数字信号隔离，电源是必需的，但隔离电源的开关噪声可能会影响高精度测量。例如，当ADuM5201 isoPower的储能电路工作时，会产生360 MHz的噪声。如果该噪声与ADC的采样时间重合，噪声将耦合到传感器偏置、ADC电源或基准电压源中，导致测量丧失一定的保真度。为减少干扰，数字系统的常规做法是在时钟沿之间开始ADC转换，确保开关噪声不与电压转换相互作用。

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<strong>简介</strong>

低压差稳压器(LDO)可用来为高速时钟、模数转换器、数模转换器、压控振荡器和锁相环这些电路供电。噪声对于高性能模拟电路的设计人员而言极为重要。降低噪声的关键是保持LDO噪声增益接近单位增益，且不影响交流性能或直流闭环增益。

本文描述简单的RC网络如何降低可调节输出低压差稳压器的输出噪声。本文通过实验数据来演示这一简单方法的有效性。虽然RC网络的主要目的是降噪，但它也能改善电源抑制和负载瞬态响应。

图 1 显示典型可调节输出LDO的简化框图。输出电压VOUT等于基准电压与误差放大器直流闭环增益的乘积：VOUT = VR × (1 + R1/R2)，其中(1 + R1/R2)是误差放大器的直流闭环增益。

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旋变数字转换器(RDC)广泛用于汽车和工业应用中，用来提供电机轴位置/速度反馈信息。AD2S1210是一款完整的 10 位至 16 位分辨率RDC，片内集成可编程正弦波振荡器，为旋变器提供激励。由于工作环境恶劣，AD2S1210（C 级和 D 级）的额定温度范围为−40°C 至+125°C的扩展工业温度范围。

图 1 所示的高电流驱动器放大AD2S1210 的参考振荡器输出并进行电平转换，从而优化与旋变器的接口。该驱动器是一个使用双通道、低噪声、精密运算放大器AD8662和分立互补发射极跟随器输出级的复合放大器。一个类似的驱动器级用于互补激励输出，从而提供一个全差分信号来驱动旋变器初级绕组。AD8662 提供 8 引脚窄体SOIC和 8 引脚MSOP两种封装，额定温度范围均为−40°C至+125°C的扩展工业温度范围。

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<strong>作者：Rob Reeder，ADI高速信号处理部(北卡罗莱纳州格林斯博罗)资深应用工程师</strong>

<strong>内容提要</strong>

如今，在设计人员面临众多电源选择的情况下，为高速ADC设计清洁电源时可能会面临巨大挑战。在利用高效开关电源而非传统LDO的场合，这尤其重要。此外，多数ADC并未给出高频电源抑制规格，这是选择正确电源的一个关键因素。

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<strong>作者：Neil Zhao, Wenshuai Liao 和 Henri Sino</strong>

<strong>简介</strong>

在电机控制、电磁阀控制、通信基础设施和电源管理等诸多应用中，电流检测是精密闭环控制所必需的关键功能。从安全至关重要的汽车和工业应用，到电源和效率至关重要的手持式设备，都能发现它的身影。利用精密电流监控，设计人员可以获得关键的瞬时信息，例如电机扭矩（根据电机电流）、DC/DC转换器效率、基站LDMOS（横向扩散MOS）功率晶体管的偏置电流，或者短接至地等诊断信息。

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许多终端市场和应用中的一个明显趋势是用高效率的无刷直流电机(BLDC)替换交流电机或机械泵。要实现电机的精确控制和高效换向，高分辨率电流和旋转位置信息至关重要。虽然无传感器方案可用于检测反电动势电流，但是电机启动性能可能是个问题。

一种替代方案是使用基于异性磁阻(AMR)技术的角度传感器，这些传感器既便宜又精确。借助ARM传感器，不仅可实现高角度精度，而且可将一个检测元件和电子电路集成在同一封装中。这可获得非常小的传感器子系统，并且能够在电机总成内定位传感器。

ADI已与MR技术的领导者——Sensitec GMBH——开展合作，共同提供ADA4571，该产品将高精度AMR传感器和高性能仪表放大器集成在单个封装中。