新鲜出炉！一套聚焦精密测量的解决方案

从电气化汽车、数字健康，到仪器仪表、智能工业、能源可持续性，以及任何高精度信号链中的严苛应用，精密技术信号链都在其中发挥着重要的作用，一个好的精密技术信号链允许在各种设计权衡之间轻松变换，以为应用创建优质的终端解决方案。

01 使用高精度仪表放大器进行远程检测

仪表放大器(IA)是检测应用的主力。本文将探讨一些利用仪表放大器的平衡和出色直流/低频共模抑制(CMR)特性的方法，使得仪表放大器配合阻性传感器（例如应变计）使用，传感器与放大器在物理上分离。本文将提出一些提高此类增益级的抗噪性，同时降低其对电源变化和元件漂移的敏感性的方法。文章还会提供实测性能值和结果以展示精度范围，方便最终用户应用进行快速评估。

屏蔽双绞线不是对长电缆线路上的所有干扰都能抑制。在这种情况下，不能依靠仪器的良好平衡输入来消除CM影响。长电缆拾取的干扰对放大器正负输入的影响是不均衡的，而且输入包含CMR无法消除的不相关信号。因此，如图1所示，由于对CM噪声（看似如此）的响应不平衡，在电路输出端发现明显噪声并不奇怪。

图1.麻烦的放大器输出端120Hz噪声(0.1V/div，2 ms/div)。

为了从CM（直流和干扰）中成功提取很小的电桥差分电压，一种解决方案是使用两对屏蔽或非屏蔽双绞线(UTP)。这样，仪表放大器的两个输入实现均衡，受到的CM噪声影响相同，诸如LT6370之类的器件具有出色的低频CMR (120dB)，能够可靠地抑制困扰IA输入的噪声。结果，即使在嘈杂的环境中，远距离输出波形也很干净。

图2.使用两根非屏蔽双绞线进行远程检测

电桥传感器远离信号处理放大器，需要仪表放大器来提取干净的实测差分电压。LT6370仪表放大器的特性使其能够成功处理远程传感器通过长电缆传来的信号。LT6370制造工艺在生产测试期间调用片内加热器来保证温度漂移值，进一步增强了LT6370对远程监控应用的适应性，并延长了其在难以维修的设备中的使用寿命和产品寿命。

02 复合放大器：高精度的高输出驱动能力

要开发的应用似乎不存在解决方案是很正常的，甚至几乎是情理之中的。为了满足应用要求，我们需要想出一种超出市场上现有产品性能的解决方案。例如，应用可能需要具有高速、高电压、高输出驱动能力的放大器，同时还可能要求出色的直流精度、低噪声、低失真等。

满足速度和输出电压/电流要求的放大器以及具有出色直流精度的放大器在市场上很容易获得，事实上很多都是如此。但是，所有这些要求可能无法通过单个放大器来满足。当遇到这样的问题时，有些人会认为我们不可能满足此类应用的要求，我们必须满足于平庸的解决方案，要么选用精密放大器，要么选用高速放大器，可能要牺牲一些要求。幸运的是，这并非全然正确。对此，有一种解决方案是采用复合放大器，本文将说明它是如何实现的。

复合放大器由两个独立的放大器组成，其配置方式使得人们既能实现每个放大器的优点，又能削弱每个放大器的缺点。

图3. 简单复合放大器配置。

初遇复合放大器时，第一个问题可能是如何设置增益。为了解决这个问题，将复合放大器视为包含在大三角形内的单个同相运算放大器是有帮助的：想象大三角形是黑色的，我们无法看清里面的东西，那么同相运算放大器的增益就是1 + R1/R2。揭开大三角形内部的复合配置并没有改变任何东西，整个电路的增益仍然由R1和R2的比率控制。

图4.复合放大器被视为单个放大器

与配置为相同增益的单个放大器相比，实现复合放大器的主要优点之一是带宽更宽。

03 新一代SAR ADC解决精密数据采集信号链设计的难点

许多应用都要求采用精密数据采集信号链以数字化模拟数据，从而实现数据的精确采集和处理。精密系统设计师面临越来越大的压力，需要找到创新的办法，提高性能、降低功耗，同时还要在小型PCB电路板上容纳更高的电路密度。本文旨在讨论精密数据采集信号链设计中遇到的常见难点，探讨如何运用新一代16位/18位、2MSPS、精密逐次逼近寄存器(SAR)ADC解决这些难点。

图5. 典型的精密数据采集信号链。

要求精密数据采集系统的应用（如自动化测试设备、机械自动化、工业和医疗仪器仪表）呈现出通常被认为在技术上相冲突的共同趋势。例如，系统设计师被迫在性能上妥协，以维持紧张的系统功率预算，或者在电路板上保留较小的面积以实现高通道密度。这些精密数据采集信号链的系统设计师在多个方面面临着共同的挑战：驱动SAR ADC输入；保护 ADC输入以使其免受过压事件影响；用单电源降低系统功耗；用低功耗微控制器和/或数字隔离器实现更高的系统吞吐量等。

AD4000/AD4003系列是基于SAR架构的快速、低功耗、单电源、16位/ 18位精密ADC。

图6. AD4000/AD4003 ADC的主要优势。

AD4000/AD4003精密ADC系列将高性能与简单易用的特性独特地结 合在一起，可以降低系统复杂性，简化信号链BOM，并大幅缩短上市时间。借助该系列，设计师可以解决精密数据 采集系统的系统级技术挑战，并且无需做出重大折衷。例如， 留给用户更长的采集时间、高输入阻抗(Z)模式和跨度压缩模式 等特性在AD4000/AD4003 ADC系列中的结合可以减少与ADC驱动器级 设计相关的挑战，增加ADC驱动器选择的灵活性。这样就可以降低系统总功耗，提高密度，缩短客户设计周期。通过SPI接口写 入配置寄存器，可以使能/禁用多数简单易用的特性。注意， AD4000/AD4003 ADC系列与10引脚AD798x/AD769x ADC系列引脚兼容。