模擬輸入/輸出模塊設計的共同趨勢是以更小的尺寸因數(shù)實現(xiàn)更大的通道數(shù)。該趨勢由通過增加儀器儀表 (PXI) 卡槽的單個模塊或PCI擴展可實現(xiàn)的測量值數(shù)以減少成本和測試時間的需求所驅動。通道密度的增加導致更多的熱消耗，這是模塊化應用中設計師面臨的共同問題。要使設計滿足高密度數(shù)據(jù)采集模塊的熱預算要求，客戶必須考慮速度、帶寬和性能的權衡。

AD7768/AD7768-4 為8通道和4通道24位同步采樣模數(shù)轉換器(ADC)。通過可選的功耗模式和數(shù)字濾波器選項可重新配置AD7768/AD7768-4以適應多種應用，如工業(yè)輸入/輸出模塊、儀器儀表、音頻測試、控制回路和狀態(tài)監(jiān)控。

必須使用外部驅動放大器驅動到AD7768/AD7768-4的輸入。模擬前端的驅動要求隨著前端采樣速率的不同而變化。AD7768/AD7768-4上的可選預充電緩沖區(qū)可減少前端驅動放大器上的負擔，使低功耗放大器驅動具有高采樣速率的模擬輸入。

本應用筆記概述了如何在子系統(tǒng)功率水平低至每通道19.5 mW的情況下實現(xiàn)?126.6 dB的總諧波失真 (THD)。該應用筆記還比較了在有無預充電緩沖區(qū)幫助時的高性能驅動放大器和低功耗放大器的組合。為了公平有效地進行比較，基于在特定功耗模式下驅動AD7768/AD7768-4的適用性來選擇這些放大器。例如，選擇用于在快速功耗模式下驅動AD7768/AD7768-4的高帶寬放大器在中速或低速功耗模式下可以同樣良好地工作，但可能比正常情況消耗更多的功率，具體取決于使用的系統(tǒng)。本應用筆記中評估的驅動放大器和功耗模式的適當組合可使設計師設計出在特定的熱或功率約束帶內實現(xiàn)最高性能的單個DAQ平臺。此外，本文還論述了系統(tǒng)設計師遇到的一些權衡。

電路描述

AD7768/AD7768-4的放大器測試使用 EVALAD7768FMCZ評估平臺、 EVAL-AD7768-4FMCZ,評估平臺和多個放大器夾層卡 (AMC) 執(zhí)行。"放大器配置"部分列出了位于各AMC上的放大器。EVAL-AD7768FMCZ 和EVAL-AD7768-4FMCZ評估平臺原理圖（分別在www.analog.com/eval-ad7768和www.analog.com/eval-ad7768-4提供）可配置為使用AMC（僅在一個通道上）作為驅動放大器輸入。多詳細信息，請參見EVAL-AD7768FMCZ和EVAL-AD7768-4FMCZ。可用的AMC上裝有多個放大器，專門設計與ADI公司的ADC一起使用。EVALSDP-H1連接至EVAL-AD7768FMCZ和EVAL-AD7768-4FMCZ 評估平臺以與評估軟件（隨評估硬件一起提供）連接。使用精密音頻源進行交流分析。

確定使用以下選擇用于測試的放大器來補充AD7768/AD7768-4上的各個不同功耗模式：

在低速功耗模式下： ADA4805-2、ADA4841-2、 ADA4945-1 和 ADA4940-1。

在中速模式下： ADA4805-2、ADA4807-2、ADA4940-1 和 ADA4945-1。

在快速功耗模式下： ADA4807-2、ADA4896-2、ADA4899-1、 ADA4940-1 和 ADA4945-1。

表1所示為所選放大器的性能和功率規(guī)格，其中一些放大器可采用不同的封裝尺寸和選項。

單個通道的總功率。

選擇功耗模式

AD7768/AD7768-4具有三種可選的功耗模式：低速、中速和快速。這些功耗模式可為AD7768/AD7768-4選擇工作點，以便在維持相同動態(tài)范圍的同時可以選擇最優(yōu)的帶寬和功耗。

所選功耗模式可與主時鐘分頻器 (MCLK_DIV) 一起使用以正確設置該工作點。MCLK_DIV將決定調制器運行的頻率，然后可抽取調制器輸出以給出最終輸出數(shù)據(jù)速率 (ODR)。推薦的調制器頻率 (fMOD) 范圍如表2所示。

表3所示為各功耗模式的功耗，施加了32.768 MHz的主時鐘，模擬輸入預充電緩沖區(qū)開啟，采用額定電源，使用寬帶濾波器，抽取率為32。從表3可以看出，功耗隨著速度和帶寬的不同而變化。

模擬輸入結構

圖2所示為AD7768/AD7768-4的模擬輸入結構。可以基于各通道使能模擬輸入預充電緩沖區(qū)。使能后，模擬輸入預充電緩沖區(qū)將在初始采樣周期為采樣電容充電，其提供穩(wěn)定采樣電容所需的大部分電流。剩余的充電由外部放大器驅動，該充電將實現(xiàn)采樣電容的最終精細穩(wěn)定，從而實現(xiàn)精確的結果。

在最快的采樣速率下，對于5 V輸入，預充電緩沖區(qū)可將來自放大器的輸入電流從320 μA減少至約25 μA。有關AD7768/AD7768-4模擬輸入結構的更多信息，請參見AD7768/AD7768-4數(shù)據(jù)手冊。

圖3所示為ADA4807-2 AMC連接至AD7768/AD7768-4評估板。

測試方法

AD7768/AD7768-4具有用于該放大器測試的寬帶數(shù)字濾波器。寬帶濾波器具有截止頻率為0.433 × ODR的磚墻式濾波器響應。±0.005 dB的出色通帶波動可實現(xiàn)出色的頻域測量，從而確定驅動放大器性能和輸入頻率的關系。Sinc5數(shù)字濾波器具有0.2 × ODR的帶寬和3 dB的動態(tài)范圍改善，但在這些比較測試中不進行考慮。

放大器輸出和ADC輸入之間具有電阻/電容 (RC) 網(wǎng)絡。圖4所示為用于AD7768/AD7768-4的大多數(shù)放大器配對的典型RC網(wǎng)絡。RC網(wǎng)絡可執(zhí)行多種任務。C1和C2是ADC的電荷存儲器，為ADC提供到采樣電容的快速充電電流。

電容C3可消除AINx+和AINx?輸入之間的共模誤差。這些電容與RIN一起組成了低通濾波器，濾除與輸入開關相關的毛刺。輸入電阻還可在驅動大電容負載時穩(wěn)定放大器，防止放大器振蕩。

圖4. RC網(wǎng)絡典型輸入結構

審核編輯：郭婷