低成本高精度、高系统分辨率的多路复合系统

2012-02-19 11:00:08来源: 互联网 关键字:高精度  高系统分辨率  多路复合
一般而言,手持式仪表、数据记录器、车载和监控系统都要求一种低成本高精度高系统分辨率多路复合系统。可以将这些要求都集成到一个电路中吗?能够处理这些多样性需求的系统,要求一个多路复用器、增益单元和一个模数转换器(ADC)。

  解决这个问题的一种可行方案是一个10通道、可编程放大器(PGA),它与一个中速12位SAR ADC(请参见图1)配合工作。该单电源、10通道PGA具有一个轨至轨的输入/输出,增益调节范围为1V/V到200V/V。PGA的12nV√Hz @ 10kHz低噪声性能适合于12位系统。这两个器件之间的模拟接口包括一个缓冲结构的运算放大器(OPA)以及一个R/C电路。12位ADC是一个带固有采样和保持的电容型SAR ADC。该转换器要求R/C电路,其可简化ADC输入结构的充电动作。

  


  图1:这种系统使用一个多路复用PGA和驱动12位转换器的运算放大器。

  计算得到的PGA噪声值(参考输出(RTO))等于10kHz下PGA噪声密度(12nV/√Hz)乘以PGA闭环带宽的平方根乘以√(p/2)。√(p/2)的倍数说明了PGA带宽以外频率区域的噪声。之后,所得值再乘以PGA的增益。方程式1使用了16V/V的PGA增益:

  PGArms-noise=12nV/√Hz*√(1.6MHz*√/2)*16V/V=0.304mV(rms) 方程式1

  转换器产生的ADC噪声为431mV(rms),大大低于该5伏系统的1LSB或1.22mV。缓冲放大器的噪声为39mV(rms),带给系统的噪声极少甚至为零。

  PGA、OPA和ADC的组合噪声为529 mV(rms),仍然低于12位转换器的1LSB。该值使用一个方和根方程式(即方程式2) 计算得出:

  Noise(RTO) = √(PGArms-noise2 +OPArms-noise2 + ADCrms-noise2) 方程式2

  PGA为16 V/V增益时该系统的等效12位精度(Equiv12-bit)为0.432LSBs(请参见方程式3)。

  Equiv12-bit = (NoiseRTO * 2N)/FSR, {where N = 12 and FSR = 5 V/V} 方程式3

  如果我们在1-200 V/V的PGA增益范围来观察该系统,我们便会发现PGA噪声为电路的主要噪声。一旦PGA增益超出~125 V/V,该系统便不再符合12位精度标准。然而,这种情况能够通过缩小系统参考输入LSB的电压大小来改善(请参见图2)。获得更小LSB的折中方法是降低系统的有效转换位数(ENOB)。

  

  图2:系统精度高于0.01%,且PGA增益为1-125V/V。

  图1 所示系统可在要求12位精度时提供足够的PGA增益范围,也可在要求高系统分辨率时提供同样足够的增益范围。

关键字:高精度  高系统分辨率  多路复合

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0219/article_14363.html
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