航空电子

图1所示电路是一款高度集成、16位、1 MSPS、多路复用、8通道、灵活的数字采集系统(DAS)，集成可编程增益仪表放大器(PGIA)，能够处理全范围工业级信号。

+5 V单电源为电路供电，高效率、低纹波升压转换器产生±15 V电压，可处理最高±24.576 V的差分输入信号(±2 LSBINL最大值、±0.5 LSB DNL典型值)。对于高精度应用，这款紧凑、经济型电路可以提供高精度和低噪声性能。

基于逐次逼近寄存器(SAR)的数据采集系统集成真正的高阻抗差分输入缓冲器，因此无需额外缓冲；缓冲通常用来减少基于容性数模转换器(DAC)的SAR模数转换器(ADC)产生的反冲。此外，该电路具有高共模抑制，无需外部仪表放大器；而通常存在共模信号的应用中需要用到仪表放大器。

ADAS3022是完整的16位、1 MSPS数据采集系统，集成如下器件：一个8通道、低泄漏多路复用器；一个具有高共模抑制的可编程增益仪表放大器级；一个精密低漂移4.096 V基准电压源；一个基准电压缓冲器；以及一个高性能、无延迟、16位SAR ADC。ADAS3022在每个转换周期结束时降低功耗，因此，工作电流和功耗与吞吐率成线性比例关系，使其成为低采样速率电池供电应用的理想选择。

ADAS3022 集成8路输入和1路COM输入；该COM输入可配置为8路单端通道、参考同一基准电压的8路通道、4路差分通道或单端和差分通道的不同组合。

图1所示电路中，经ADR434运算放大器缓冲后的AD8031低噪声基准电压源提供参考电压。 AD8031 能够以快速恢复的方式驱动动态负载，因此非常适合用作参考缓冲器。

ADP1613是一款DC-DC升压转换器，集成电源开关，在不影响 ADAS3022 性能的情况下为ADAS3022提供片内输入多路复用器以及可编程增益仪表放大器所需的±15 V高压电源。

本电路采用 ADAS3022、 ADP1613、ADR434和AD8031精密器件的组合，可同时提供高精度和低噪声性能。

图1显示的是高性能工业信号电平多通道数据采集电路，已针对快速通道间切换进行了优化。该电路能以最高18位分辨率处理16通道单端输入或8通道差分输入。

单通道采样速率高达1.33 MSPS，分辨率为18位。所有输入通道的通道间切换速率为250 kHz，具有16位性能。

信号处理电路与简单的4位增/减二进制计数器结合，提供无需FPGA、CPLD或高速处理器即可实现通道间切换的简单、高性价比方案。可编程设置计数器，使其递增或递减计数，实现顺序采样多个通道；也可加载固定的二进制字，用于单通道采样。

本电路是多通道数据采集卡的理想解决方案，可用于多种工业应用，包括过程控制和电力线监控。

对工业电平信号进行采样时，必须提供快速高分辨率转换 信息。通常，当采样速率达到500 kSPS时，模数转换器(ADC) 的分辨率可为14位至18位。图1所示电路是一款针对工业 电平信号采样进行优化的单电源系统，采用一个24位、 250 kSPS∑-△型ADC。两个差分通道或四个伪差分通道中的 每一个都能够在采样率为50kSPS时提供17.2位的无噪声代 码分辨率。

本电路利用内置激光微调电阻的创新型差分放大器实现衰 减和电平转换，利用低电源电压的精密ADC可以解决获取 ±5 V、±10 V和0 V至10 V的标准工业电平信号并进行数字 化处理的问题。本电路可应用于过程控制(PLC/DCS模 块)、医疗以及科学多通道仪器和色谱仪。

 

 

 

图1. 高性能旋变数字转换(RDC)电路原理示意图：未显示所有元件、连接和去耦

该电路具有创新的旋变转子驱动器，提供两种工作模式：高性能和低功耗。在高性能模式下，系统采用 12 V单电源供电，能够为旋转变压器提供6.4 V rms (18 V p-p)的驱动信号。在低功耗状态下，系统采用 6 V单电源供电，能够为旋转变压器提供3.2 V rms (9.2 V p-p)的驱动信号，且系统功耗小于100 mA。驱动器和接收器均提供有源滤波，可最大程度减少量化噪声的影响。

10位模式下，RDC的最大跟踪速率为3125 rps(分辨率= 21 弧分)；16位模式下为156.25 rps(分辨率= 19.8弧秒)。

图1所示电路是一款完整的无需调节的线性可变差分变压器(LVDT)信号调理电路。该电路可精确测量线性位移(位置)。

LVDT是高度可靠的传感器，因为其磁芯能够无摩擦滑动，并且与管内部无接触。因此，LVDT适合用于飞行控制反馈系统、伺服系统中的位置反馈、机床中的自动测量以及其他各种注重长期稳定性的工业和科研机电应用中。

本电路采用AD598LVDT信号调理器，包含一个正弦波振荡器和一个功率放大器，用于产生驱动原边LVDT的激励信号。AD598还可将副边输出转换为直流电压。 AD8615 轨到轨放大器缓冲AD598的输出，并驱动低功耗12位逐次逼近型模数转换器(ADC)。系统动态范围为82 dB，带宽为250 Hz，非常适合精密工业位置和计量应用。

采用±15 V电源供电时，系统的信号调理电路功耗仅为15 mA；采用+5 V电源供电时，功耗为3 mA，是远程应用的理想选择。该电路可从300英尺外远程操作LVDT，且其输出最远可驱动1000英尺。

本电路笔记讨论LVDT基本操作理论和设计步骤，用于优化图1中带宽给定的电路，包括噪声分析和器件选型方面的考虑。

图1所示电路是一款完整的无需调节线性可变差分变压器 (LVDT)信号调理电路。该电路可精确测量线性位移(位 置)。

LVDT是高度可靠的传感器，因为其磁芯能够无摩擦滑 动，并且与管内部无接触。因此，LVDT适合用于飞行控 制反馈系统、伺服系统中的位置反馈、机床中的自动测量 以及其他各种注重长期稳定性的工业和科研机电应用中。

本电路采用AD698LVDT信号调理器，包含一个正弦波振荡 器和一个功率放大器，用于产生驱动原边LVDT的激励信 号。AD698还可将副边输出转换为直流电压。AD8615轨到 轨放大器缓冲AD698的输出，并驱动低功耗12位逐次逼近型 模数转换器(ADC)。系统动态范围为82 dB，带宽为250 Hz， 非常适合精密工业位置和计量应用。

采用±15 V电源供电时，系统的信号调理电路功耗仅为15 mA； 采用+5 V电源供电时，功耗为3 mA。

本电路笔记讨论LVDT基本操作理论和设计步骤，用于优 化图1中带宽给定的电路，包括噪声分析和器件选型方面 的考虑。

图1中的电路可精确地将400 MHz至6 GHz RF输入信号转换为相应的数字幅度和数字相位。该信号链可实现0°到360°相位测量，900 MHz时精度为1°。该电路采用一个高性能正交解调器、一个双通道差分放大器以及一个双通道、差分、16位、1 MSPS逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)。

图1. 用于幅度和相位测量的简化接收器子系统(未显示所有连接和去耦)

图 1 所示电路是一款完整的线性可变差分变压器 (LVDT) 信 号调理电路，可精确测量距离机械参考点的线性位置或线 性位移。模拟域中的同步解调用于提取位置信息并抑制外 部噪声。 24 位、 Σ-△ 模数转换器 (ADC) 可数字化位置输出信 息，以实现高精度。

LV D T 在活动核心和线圈组件之间采用电磁耦合。这种非 接触式 ( 因而是无摩擦的 ) 工作方式是它们广泛用于航空航 天、过程控制、机器人、核、化学工厂、液压、动力涡轮 以及其他恶劣工作环境和要求具备长工作寿命与高可靠性 应用的主要原因。

包括 LV D T 激励信号在内的整个电路功耗仅为 10 mW 。电路 激励频率和输出数据速率均为 SPI 可编程。该系统允许在可 编程带宽和动态范围之间进行权衡取舍， 支持 1 kHz 以上的 带宽，且在 20 Hz 带宽时具有 100 dB 动态范围，是精密工业 位置和计量应用的理想之选。

选择高性能ADC的配套产品是一项非常具有挑战性的工作。图1所示电路是一种用于18位、250 kSPS PulSAR® ADC的完整前端解决方案，专门针对交流性能而优化。

该电路以AD7691为中心，后者是一款PulSAR系列低功耗ADC（2.5 V、100 kSPS时为1.35 mW）。该ADC由超低失真、超低噪声放大器AD8597直接驱动，其基准电压源是超低噪声5 V ADR435。采用1 kHz输入音时，电路信噪比(SNR)为101 dB，总谐波失真(THD)为118 dB。

图1. 采用AD8397的高电流缓冲器支持AD2S1210 RDC激励信号输出(原理示意图，未显示去耦和所有连接

图 1 中的电路是一个完全独立自足、微处理器控制的高精 度电导率测量系统，适用于测量液体的离子含量、水质分 析、工业质量控制以及化学分析。

经过仔细选择的精密信号调理元件组合可在 0.1 μS 至 10 S (10 MΩ 至 0.1 Ω) 电导率范围内提供优于 0.3% 的精度，且无 需校准。

针对 100 Ω 或 1000 Ω 铂 (Pt) 电阻温度检测器 (RTD) 提供自动 检测功能，允许以室温为参考测量电导率。

系统支持双线式或四线式电导池以及双线式、三线式或四 线式 RTD ，以提高精度和灵活性。

该电路能以极小的直流失调产生精确交流激励电压，从而 避免电导率电极上的极化电压受损。交流激励的幅度和频 率为用户可编程。

创新的同步采样技术可将激励电压和电流的峰峰值幅度转 化为直流值，这样不仅提升了精度，同时简化了内置于精 密模拟微控制器的双通道 24 位 Σ-Δ 型 ADC 对于信号的处理。

采用 LCD 显示器和编码器按钮实现直观的用户界面。该电 路可以按需使用 RS-485 接口实现与 PC 的通信，并采用 4 V 至 7 V 单电源供电。

图1所示电路是一个高速光电二极管信号调理电路，具有 暗电流补偿功能。系统转换来自高速硅PIN光电二极管的 电流，并驱动20 MSPS模数转换器(ADC)的输入。该器件组 合可提供400 nm至1050 nm的频谱敏感度和49 nA的光电流 敏感度、91 dB的动态范围以及2 MHz的带宽。信号调理电 路采用±5 V电源供电，功耗仅为40 mA，适合便携式高速、 高分辨率光强度应用，如脉搏血氧仪。

本电路还适合其它应用，如模拟光隔离器。它还能满足需 要更高带宽和更低分辨率的应用，如自适应速度控制系 统。

本电路笔记讨论图1中所示电路的优化设计步骤，以满足 特定带宽应用的要求，这些步骤包括：稳定性计算、噪声 分析和器件选择考虑因素。

图1所示电路能够在直流电压高达±270 V的来源上监控双向电流，且线性误差小于1%。负载电流通过一个电路外部的分流电阻。分流电阻值应适当选择，使得在最大负载电流时分流电压约为100 mV。/p>

AD629放大器精确测量和缓冲(G = 1)小差分输入电压，并抑制最高270 V的高共模电压。

双通道AD8622用于将AD629的输出放大100倍。AD8475漏斗放大器则对信号进行衰减(G = 0.4)，将其从单端转换成差分形式并进行电平转换，使其满足AD7170 Σ-Δ型ADC的模拟输入电压范围要求。

电隔离由四通道隔离器ADuM5402提供。这不仅是为了提供保护，而且还可将下游电路与高共模电压隔离开来。除了隔离输出数据以外，数字隔离器ADuM5402还为电路提供+5.0 V隔离电源。

AD7170的测量结果利用一个简单的双线SPI兼容串行接口，以数字代码形式提供。

这一器件组合实现了一款精确的高压正负供电轨电流检测解决方案，具有器件数量少、低成本、低功耗的特点。

图1所示电路提供使用广泛的USB总线与RS-485或RS-232总 线之间的完全隔离连接。信号和电源隔离确保USB设备与 工业总线或调试端口之间实现安全接口， 允许监控 TIA/EIA-485/232总线流量，并且便于向未配备RS-485或 RS-232端口的PC发送命令或从该PC接收命令。

本电路中的隔离能提供电气线路浪涌保护并断开总线和数 字引脚之间的接地连接，增加系统安全性和鲁棒性，进而 消除系统中可能存在的接地环路。

在工业和仪器仪表应用中，TIA/EIA RS-485总线标准是使用 最广泛的物理层总线设计标准之一。RS-485提供多个系统 之间的差分数据传输，这些系统通常相距很远。相比 RS-232标准，RS-485通信可通过差分通信方式提供额外的 鲁棒性。

TIA/EIA RS-232器件广泛用于工业机器、网络设备和科研仪 器中。在现代个人电脑中(个人电脑经常用来调试网络问 题)，大部分外设接口已经采用USB代替RS-232，并且很多 电脑不再配备RS-232端口。图1中的电路为RS-232和RS-485 接口提供鲁棒而紧凑的解决方案。

图1所示电路提供两个16位全隔离式通用模拟输入通道，适用于可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)模块。两个通道均支持软件编程，以及多种电压、电流范围和热电耦、RTD类型，具体如图1所示。输入通道提供±30 V直流过压条件保护。

演示板含有两个不同的全隔离式通用输入通道，一个带4引脚端子板(CH2)，一个带6引脚端子板(CH1)。对于4引脚端子板(CH2)，电压、电流、热电偶和RTD输入全部共用相同的4个端子，从而最大限度地减少了所需端子引脚的数量。对于6引脚端子板通道(CH1)，电压和电流输入共用一组3个端子，热电偶和RTD输入共用另一组3个端子；这需要更多端子，但其器件数量较少，元件成本也较低。图2所示为PCB照片，图3所示为电路的详细原理图。

图1中的电路是一个16位、300 kSPS逐次逼近型模数转换器 (ADC)系统，其驱动放大器针对最高4 kHz输入信号和300 kSPS 采样速率、10.75 mW低功耗系统而优化。

这种方法对于便携式电池供电、要求低功耗的多通道应用 极为有用。它还为那些两次转换突发之间的大部分时间 ADC都处于空闲状态的应用提供了优势。

通常，选择高性能逐次逼近型ADC的驱动放大器处理宽范 围的输入频率。然而，当某个应用需要更低的采样速率时，便可节省大量功耗，因为降低采样速率会相应地降低 ADC功耗。

若要完全利用通过降低ADC采样速率使功耗下降的优势， 则需要使用低带宽、低功耗放大器。

例如，针对最高输入约为100 kHz并搭配 ADA4841-116位逐次 逼近型寄存器(SAR) ADC(500 kSPS时功耗为3.5 mW，300 kSPS 时功耗为2.1 mW)的应用，推荐使用ad7988-5 80 MHz的运 算放大器(10 V时功耗为12 mW)。包括 ADR435 基准电压源 (7.5 V时功耗为4.65 mW)在内的总系统功耗在300 kSPS时为 18.75 mW。

对于输入带宽低于4 kHz以及采样速率低于300 kSPS的情况， OP1177 1.3 MHz运算放大器(10 V时功耗为4 mW)可提供出色 的信噪比(SNR)和总谐波失真(THD)性能，并且在300 kSPS时 可将总系统功耗从18.75 mW降低至10.75 mW，降幅达43%。

采用各种FPGA、CPU、DSP和模拟电路组合的现代复杂系统通常需要多个电压轨。为了提供高可靠性和稳定性，电源系统不仅要提供多个电压轨，而且必须包含合适的时序控制和必要的保护电路。

图1所示模块是多电压电源系统的一种参考解决方案。该设计可以轻松根据客户需求进行调整，并且可以提供大多数常见的系统电压。该电路采用开关调节器和线性调节器的最佳组合，可在输出满载时提供约78%的总体效率。满载情况下，输出功率约为25 W。

图1所示电路是一款适用于电桥型传感器的完整低功耗信号调理器，包括一个温度补偿通道。 该电路非常适合驱动电压介于5 V和15 V之间的各类工业压力传感器和称重传感器。

利用24位Σ-Δ型ADC的内置可编程增益放大器(PGA)，该电路可以处理大约10 mV到1 V的满量程信号，因此它适用于种类广泛的压力传感器。

整个电路仅使用三个IC，功耗仅1 mA（不包括电桥电流）。 比率式技术确保系统的精度和稳定性不依赖于基准电压源。

图1所示电路测量450 MHz至6 GHz的任意RF频率下的峰值和rms功率，动态范围约为45 dB。测量结果转换为差分信号以便消除噪声，并通过串行接口和集成基准电压源在12位SAR ADC的输出端形成数字代码。在数字域中执行简单的两点校准。

ADL5502 是一款均值响应（true rms)功率检波器，内置包络检波器，可以精确地测量调制信号的波峰因数(CF)。它可以用于450 MHz至6 GHz的高频接收机和发射机信号链，包络带宽超过10 MHz。峰值保持功能允许利用较低采样速率的ADC捕获包络中的短峰值。该器件的总功耗仅为3 mA (3 V)。

The ADA4891-4 是一款高速、四通道、CMOS放大器，兼具高性能、低成本优势。每个放大器的功耗仅为4.4 mA (3 V)。该放大器具有单电源供电能力，输入电压范围可扩展至负供电轨以下300 mV。轨到轨输出级使输出摆幅可以达到各供电轨50 mV以内，以确保最大的动态范围。低失真和快速建立时间则使该器件成为此应用的理想选择。

AD7266 是一款双通道、12位、高速、低功耗的逐次逼近型ADC，采用2.7 V至5.25 V单电源供电，采样速率最高可达2 MSPS。这款器件内置两个ADC，两者之前均配有一个3通道多路复用器和一个能够处理30 MHz以上输入频率的低噪声、宽带宽采样保持放大器。功耗仅为3 mA (3 V)。此外还内置一个2.5 V基准电压源。

电路采用ADP121的+3.3 V单电源供电，ADP121是一款低静态电流、低压差线性调节器，采用2.3 V至5.5 V电源供电，最大输出电流为150 mA。驱动150 mA负载时压差仅为135 mV，这种低压差特性不仅可改善功效，而且能使器件在很宽的输入电压范围内工作。满载时静态电流低至30 μA，因此ADP121非常适合电池供电的便携式设备使用。

ADP121可提供1.2 V至3.3 V范围内的输出电压，其性能经过优化，采用1 μF小型陶瓷输出电容可实现稳定工作。ADP121具有出色的瞬态响应性能，所占电路板面积极小。短路保护和热过载保护电路可以防止器件在不利条件下受损。ADP121提供5引脚TSOT和4引脚、0.4 mm间距无卤素WLCSP两种小型封装，是适合各种便携式应用的业界最小尺寸解决方案。

图1所示电路是基于一款行业领先的微功耗仪表放大器的可配置4 mA至20 mA环路供电发射器。无调整总误差小于1%。既可以用一个开关配置为将差分输入电压转换成电流输出的发射器(图1)，也可配置成将4 mA至20 mA电流输入转换成电压输出的接收器(图5)。

设计针对精密、低噪声和低功耗工业过程控制应用而优化。作为发射器时，电路可以接受0 V至5V或0 V至10 V的输入电压。作为接收器时，则可提供0.2 V至2.3 V或0.2 V至4.8 V输出电压，与采用2.5 V或5 V基准电压源的ADC兼容。作为发射器时，电源电压范围为12 V至36 V，作为接收器时为7 V至36 V。

由于该电路是可以配置的，因此，单个硬件设计可以同时用作备用发射器和备用接收器，从而降低客户的库存要求。

在电力线路测量和保护系统中，需要对多相输配电网络的大量电流和电压通道进行同步采样。这些应用中，通道数量从6个到64个以上不等。AD7606 8通道数据采集系统(DAS)集成16位双极性同步采样SAR ADC和片内过压保护功能，可大大简化信号调理电路，并减少器件数量、电路板面积和测量保护板的成本。高集成度使得每个AD7606只需9个低值陶瓷去耦电容就能工作。

在测量和保护系统中，为了保持多相电力线网络的电流和电压通道之间的相位信息，必须具备同步采样能力。AD7606具有宽动态范围，是捕获欠压/欠流和过压/过流状况的理想器件。输入电压范围可以通过引脚编程设置为±5 V或±10 V。

此电路笔记详细介绍针对采用多个AD7606器件应用而推荐的印刷电路板(PCB)布局。该布局在通道间匹配和器件间匹配方面进行了优化，有助于简化高通道数系统的校准程序。当通道间匹配非常重要时，此电路可以使用2.5 V内部基准电压源AD7606；而对于要求出色绝对精度的高通道数应用，此电路可以使用外部精密基准电压源ADR421，它具有高精度（B级：最大值±1 mV）、低漂移（B级：最大值3 ppm/°C）、低噪声（典型值1.75 μV p-p，0.1 Hz至10 Hz）等特性。低噪声及出色的稳定性和精度特性使得ADR421非常适合高精度转换应用。这两个器件相结合，能够实现业界前所未有的集成度、通道密度和精度。

图1所示电路可将高频单端输入信号转换为平衡差分信号，用于驱动16位10 MSPS PulSAR® ADC AD7626。该电路采用低功耗差分放大器ADA4932-1 来驱动ADC，最大限度提升AD7626的高频输入信号音性能。此器件组合的真正优势在于低功耗、高性能。

AD7626具有突破业界标准的动态性能，在10 MSPS下信噪比为91.5 dB，实现16位INL性能，无延迟，LVDS接口，功耗仅有136 mW。AD7626使用SAR架构，主要特性是能够以10 MSPS无延迟采样，不会发生流水线式ADC常有的“流水线延迟”，同时具备出色的线性度。

ADA4932-1具有低失真（10 MHz时100 dB SFDR）、快速建立时间（9 ns达到0.1%）、高带宽（560 MHz，-3 dB，G = 1）和低电流（9.6 mA）等特性，是驱动AD7626的理想选择。它还能轻松设定所需的输出共模电压。

该组合提供了业界领先的动态性能并减小了电路板面积：AD7626采用5 mm × 5mm、32引脚LFCSP封装，ADA4932 -1采用3mm× 3mm、16引脚LFCSP封装），AD8031 采用5引脚SOT23封装。

标准单端工业信号电平（±5 V、±10 V或0 V至+10 V）与现代高性能16位或18位单电源SAR型ADC的差分输入范围并不直接兼容，需要使用适当的接口驱动电路对工业信号进行衰减、电平转换和差分转换，使其具有与ADC输入要求相匹配的正确幅度和共模电压。

虽然可以利用电阻网络和双通道运放来设计适当的接口电路，但电阻的比率匹配误差和放大器之间的误差会形成最终输出端的误差。特别是在低功耗水平上，实现所需的输出相位匹配和建立时间可能非常困难。

图1所示电路采用差分放大器 AD8475 执行衰减、电平转换和差分转换，无需任何外部元件。其交流和直流性能兼容18位、1 MSPSAD7982 PulSAR® ADC以及该系列的其它16/18位产品，采样速率可高达4 MSPS。

AD8475是一款全差分衰减放大器，集成精密薄膜增益设置电阻，可提供精密衰减（0.4×或0.8×）、共模电平转换、单端差分转换及输入过压保护等功能。采用5 V单电源供电时，其功耗仅为15 mW。18位、1 MSPS AD7982的功耗仅为7 mW，比竞争产品低30倍。该组合的总功耗仅为22 mW。

通用串行总线(USB)正迅速成为大部分PC外设的标准接口。由于它具有出色的速度、灵活性，并且支持设备热插拔，因而正在取代RS232和并行打印机端口。工业和医疗设备制造商也非常希望使用这种总线，但苦于没有很好的方式来为控制危险电压的机器连接或者医疗应用中的低泄漏防去颤连接提供必要的隔离，导致应用推广相当缓慢。

ADuM4160主要设计用作USB外设的隔离元件。但在某些情况下，它也可以用于实现隔离电缆功能。为此，必须先解决几个问题。ADuM4160上游和下游的缓冲器完全相同，均能驱动USB电缆，但下游缓冲器还必须能够根据与之相连的全速或低速外设调整速度。上游连接必须像外设一样工作，下游连接必须像主机一样工作。

在构建专用外设接口的应用中，速度是已知的并且不会改变，而主机应用则不同，必须根据检测所连接的是低速还是全速设备而随机应变。 ADuM4160通过引脚以硬连线方式确定单一速度；因此，当插入下游侧的外设速度正确时，它正常工作；当所连外设的速度不正确时，它无法工作。解决这一问题的最佳办法是将 图1所示应用电路的目标是隔离一个已经实现USB接口的外设。由于没有效率为100%的电源转换器可用来跨越隔离传输总线电压，因此无法获得一条完全兼容的总线供电电缆。此外，转换器的静态电流不符合USB标准的待机电流要求，而且 ADuM4160与一个集线器控制器相结合。

可以将集线器控制器的上游侧看作是一个标准的固定速度外设端口，利用ADuM4160很容易对其进行隔离，而下游端口则全部由集线器控制器处理。但在许多情况下，虽然不能认定为完全符合USB标准，但从实用角度看，单一速度电缆是可以接受的，特别是在使用定制连接器的情况下，这样就不会与兼容器件相混淆。可以去除集线器芯片，这样设计将变得非常小且简单。

ADuM4160提供了一种经济简单的方式来实现工业和医疗外设的隔离缓冲器。利用该器件的挑战在于必须将其与ADuM5000等小型隔离DC-DC转换器配对，以利用此隔离缓冲器构建总线供电的电缆隔离器。与任何器件隔离一样，ADuM4160提供如下功能特性： ADuM5000. As with isolating any device, the services that the ADuM4160提供如下功能特性：

1. 在上游直接隔离电缆的USB D+和D−线路。
2. 针对不需要外部控制线路的控制数据流实施自动控制方案。
3. 提供医用级隔离。
4. 支持全速或低速信号速率。
5. 支持通过电缆提供隔离电源。

图1所示应用电路的目标是隔离一个已经实现USB接口的外设。由于没有效率为100%的电源转换器可用来跨越隔离传输总线电压，因此无法获得一条完全兼容的总线供电电缆。此外，转换器的静态电流不符合USB标准的待机电流要求，而且ADuM4160还有速度检测限制。能够实现的是固定速度或开关控制速度的电缆，它可以向下游外设提供适中的功率。不过，这是一种定制应用，不完全符合USB标准。

通用串行总线(USB)正迅速成为大部分PC外设的标准接口。由于它具有出色的速度、灵活性，并且支持设备热插拔，因而正在取代RS-232和并行打印机端口。工业和医疗设备制造商也非常希望使用这种总线，但苦于没有很好的方式来为控制危险电压的机器连接或者医疗应用中的低泄漏防去颤连接提供必要的隔离，导致应用推广相当缓慢。

ADuM4160主要设计用作USB外设的隔离元件。但在某些情况下，它也可以用于隔离主机。为此，必须先解决几个问题。ADuM4160上游和下游的缓冲器完全相同，均能驱动USB电缆，但下游缓冲器还必须能够根据与之相连的全速或低速外设调整速度。

在构建专用外设接口的应用中，速度是已知的并且不会改变，而主机应用则不同，必须随机应变。ADuM4160通过引脚以硬连线方式确定单一速度。因此，当插入下游侧的外设速度正确时，它正常工作；当所连外设的速度不正确时，它无法工作。解决这一问题的最佳办法是将ADuM4160与一个集线器控制器相结合使用。

可以将集线器控制器的上游侧看作是一个标准的固定速度外设端口，利用ADuM4160可以很容易对其进行隔离，而下游端口的速度则由集线器控制器处理。集线器控制器转换不同速度的外设，以便与上游端口速度相匹配。图1电路显示在某个设计中如何使用一个双端口集线器芯片来隔离两个下游主机端口，这种处理可以使设计完全符合USB规范。

ADuM4160提供了一种经济简单的方式来实现工业和医疗外设隔离缓冲器。利用该器件的挑战在于必须将其与集线器芯片配对，以构建完全兼容的主机端口。与任何外设隔离一样，ADuM4160和集线器提供如下功能特性： 

1. 在上游直接隔离集线器芯片的USB D+和D−线路，使集线器能够管理下游主机端口活动。
2. 针对不需要外部控制线路的控制数据流实施自动控制方案。
3. 提供医用级隔离。
4. 允许创建一个或多个符合USB-IF认证标准的主机端口。
5. 支持全速信号速率。
6. 支持灵活的电源配置。

本应用电路的目标是像全速外设一样对集线器进行隔离。集线器或主机功能要求为各下游端口提供2.5 W功率。隔离器下游侧的电源以及集线器和端口的电源是作为解决方案的一部分而提供。本应用电路是许多医疗和工业应用的典型电路。

通用串行总线(USB)正迅速成为大部分PC外设的标准接口。由于它具有出色的速度、灵活性，并且支持设备热插拔，因而正在取代RS-232和并行打印机端口。工业和医疗设备制造商也非常希望使用这种总线，但苦于没有很好的方式来为控制危险电压的机器连接或者医疗应用中的低泄漏防去颤连接提供必要的隔离，导致应用推广相当缓慢。

ADuM4160 提供了一种经济简单的方式来实现工业和医疗外设隔离缓冲器。需要解决的挑战包括：

1. 直接在USB D+和D−线路中隔离，以便使用微处理器中的现有USB基础架构。
2. 针对不需要外部控制线路的控制数据流实施自动控制方案。
3. 提供医用级隔离。
4. 支持完整外设达到USB-IF认证标准。
5. 支持全速(12 Mbps)和低速(1.5 Mbps)信号速率。
6. 支持灵活的电源配置。

图1所示的电路隔离了一个支持USB接口的外设。由于本电路没有明确定义外设，因此隔离器副边的电源已作为解决方案的一部分提供。如果在外设的PCB上构建该电路，则电源可以从外设的离线电源、电池或者USB电缆总线电源获得，具体取决于应用需要。

这里所示的应用电路是许多医疗和工业应用的典型电路。

图1所示电路框图是一个低相位噪声转换环路频率合成器（也称为偏移环路）。此电路将ADF4002 锁相环 (PLL) 的较低100 MHz参考频率转换到5.0 GHz至5.4 GHz的较高频率范围，后一频率由本振 (LO) 频率决定。

与仅采用PLL的频率合成器相比，转换环路频率合成器的相位噪声非常低 (<50 fs)。相位噪声之所以很低，是因为ADF4002整数N分频PLL使用的N值非常低，该N值用于控制压控振荡器 (VCO)。本例中，ADF4002鉴频鉴相器 (PFD) 运行频率为100 MHz，N = 1，所产生的相位噪声性能不受PLL的N值限制。

图1所示电路采用一个三轴ADXL362数字加速度计和ADP195高端电源开关来构建一个超低功耗、对运动敏感的开关。

这种器件组合针对控制负载功率的独立运动开关提供了业界领先的低功耗解决方案。

ADXL362 是一款超低功耗三轴加速度计，在唤醒模式下的功耗不足100 nA。与使用功率占空比来实现低功耗的加速度计不同， ADXL362没有通过欠采样混叠输入信号；它在全数据速率下进行持续采样。还有一个片内、12位温度传感器，精度可达±0.5°。

ADXL362的输出分辨率为12位支持±2 g、±4 g及±8 g三种工作范围，±2 g范围内的分辨率为1 mg/LSB。噪声电平要求低于480μg/√Hz的应用可以选择两个低噪声模式(低至120μg/√Hz)之一，电源电流增加极小。

ADP195是一款高端负载开关，采用1.1 V至3.6 V电源供电，可防止电流反向从输出端流向输入端。该器件内置一个低导通电阻P沟道MOSFET，后者支持1.1 A以上的连续负载电流并可将功率损耗降至最低。

ADXL362基本工作原理

ADXL362是一款三轴、超低功耗加速度测量系统，能够测量动态加速度(由运动或冲击导致)和静态加速度(即重力)。

传感器的移动元件为多晶硅表面微加工结构(也称为梁)，置于硅晶圆顶部。多晶硅弹簧悬挂于晶圆表面的结构之上，提供加速度力量阻力。

结构偏转由差分电容进行测量。每个电容均由独立固定板和活动质量块连接板组成。任何加速度均会使梁偏转、差分电容失衡，从而使传感器输出的幅度与加速度成比例。 相敏解调用于确定加速度的幅度和极性。

工作模式

ADXL362 的三种基本工作模式为待机、测量和唤醒。

• 将 ADXL362置于待机模式可以暂停测量，并将功耗降至10nA。会保留所有待处理数据或中断，但不会处理新的信息。 ADXL362 以待机模式上电，上电时所有传感器功能均关闭。


• 测量模式是 ADXL362的正常工作模式。在此模式下，器件会持续读取加速度数据。采用2.0 V电源供电时，在输出数据速率高达400 Hz的整个范围内，该加速度计的功耗都低于3 μA 。在此模式下工作时，可以使用介绍的所有功能。作为超低功耗加速度计， ADXL362能够以12.5Hz(最小值)至400 Hz(最大值)的数据速率持续输出数据，同时功耗仍然低于3 μA。由于能够以所有数据速率针对其传感器的全部带宽持续采样，因此 ADXL362不会出现欠采样和混叠现象。


• 唤醒模式非常适合以极低功耗(电源电压为2.0 V时功耗为270 nA)简单地检测是否存在运动。唤醒模式在实施运动激活开关时尤其有用，可让系统的其余部分保持关断，直至检测到运动。在唤醒模式下，每秒只进行6次加速度测量，以确定是否存在运动，这样可将功耗降至非常低的水平。在唤醒模式下，除了活动定时器，可以使用加速度计的其它所有功能。可访问所有寄存器，也可从器件中获取实时数据。

CN0274 评估软件采用 ADXL362的唤醒模式。也就是说，检测到运动之前， ADXL362会保持休眠状态，而一旦检测到运动就会进入测量模式。

功率/噪声权衡

ADXL362提供了几个用于降低噪声的选项，但使用时会造成功耗略微增加。

带宽为100 Hz时， ADXL362在正常工作状态下的噪声性能通常为7 LSB rms，这对于大多数应用都合适，具体取决于带宽和所需的分辨率。对于要求噪声更低的情况，ADXL362提供了两种低噪声工作模式，以略微增加功耗为代价来降低噪声。

表1显示了正常工作模式以及两种低噪声模式下的功耗值和噪声密度，其中电源电压典型值为3.3 V。

CN0274 评估软件采用 ADXL362的正常工作噪声模式。

运动检测

ADXL362的内置逻辑可检测到运动(加速度超过特定阈值)和静止(加速度未超过特定阈值)。

对运动或静止事件的检测由状态寄存器指示，也可配置用于产生中断。此外，器件的运动状态(即器件是在运动还是静止)通过AWAKE bit指示。

加速度计处于测量模式或唤醒模式时，可以使用运动和静止检测。

运动检测

加速度在用户指定的一段时间内始终高于指定阈值时，即检测到运动事件。有两种运动检测事件：绝对运动检测和参考运动检测。

• 使用绝对运动检测时，将加速度样本与用户设置的阈值进行比较，以确定是否存在运动。例如，如果阈值设为0.5 g，任意轴上的加速度为1 g并且持续时间超过了用户定义的运动时间，则置位运动状态。在许多应用中，根据与参考点或方位的偏差进行运动检测优于根据绝对阈值进行运动检测。由于这样可消除重力导致的静态1 g对运动检测的影响，因此会特别有用。加速度计静止时，虽然本身没有在运动，但其输出仍然可以达到1 g。使用绝对运动检测时，如果阈值设为小于1 g，立刻就能检测到运动。


• 在 参考运动检测模式下，当加速度样本在用户定义的时间段内比内部定义的参考值至少高出用户设置的数量时，则检测到运动。启用运动检测后会计算参考值，并 且获取的第一个样本将用作参考点。只有加速度与此初始方位的偏差足够大时，才会检测到运动。参考配置使运动检测非常敏感，甚至可以检测到最细微的运动事件。

CN0274 评估软件在搜索运动时采用参考工作模式。

静止检测

加速度在指定的时间段内始终低于指定阈值时，即检测到静止事件。有两种非运动检测事件：绝对静止检测和参考静止检测。

• 使用 绝对静止检测时，在用户设置的时间内将加速度样本与用户设置的阈值进行比较，以确定是否不存在运动。


• 使用参考静止检时，则在用户定义的时间内将加速度样本与用户指定的参考进行比较。器件首次进入唤醒状态时，第一个样本将用作参考点，并且围绕该点应用阈值。如果加速度保持在阈值范围内，器件将进入休眠状态。如果加速度值超出阈值范围，该点将用作新的参考，然后针对该点重新应用阈值。

CN0274 评估软件在搜索静止时采用参考工作模式。

链接运动和静止检测

可以同时使用运动和静止检测功能，然后通过主机处理器手动处理，或者也可以配置为通过多种方式进行交互：

• 在默认模式下，运动和静止检测功能都处于使能状态，并且所有中断都必须由主机处理器处理；也就是说，处理器必须读取每个中断，然后才能清零并再次使用。


• 在链接模式下，运动和静止检测功能彼此链接，以致在任意给定时间都只有一项功能处于使能状态。一旦检测到运动，就会认为器件处于运动或唤醒状态，然后不再搜索运动：下一个事件预期为静止，因此只有静止检测起作用。如果检测到静止，则认为器件处于静止或休眠状态。此时下一个事件预期为运动，于是只有运动检测起作用。在此模式下，主机处理器必须处理每个中断，然后使能下一操作。


• 在环路模式下，运动检测的工作方式与上文所述链接模式相同；但是，无需由主机处理器处理中断。此配置简化了常用运动检测的实施，并且通过减少总线通信功耗而增强了省电效果。


• 如果在链接模式或环路模式下使能自动休眠模式，则在检测到静止事件后，器件会自主进入唤醒模式，而一旦检测到运动事件，则重新进入测量模式。

CN0274 评估软件采用自动休眠和环路模式来演示 ADXL362的功能。

AWAKE Bit

AWAKE bit是一个状态位，用于指示ADXL362是处于唤醒状态还是休眠状态。检测到运动条件表明器件处于唤醒状态，检测到静止条件则表明器件处于休眠状态。

唤醒信号可映射至INT1或INT2引脚，因此可用作状态输出，以便根据加速度计的唤醒状态连接下游电路的电源或断开其电源连接。与环路模式一起使用时，此配置可以实现一种微小的自主运动激活开关。

如果下游电路的导通时间在可接受范围内，则这种运动开关配置能够消除应用中其余部分的待机功耗，从而显著降低系统级功耗。这种待机功耗通常会超过ADXL362的整个功耗范围。

中断

ADXL362的一些内置功能可触发中断，以便针对某些状态条件向主机处理器发出提醒。

通过设置INTMAP1和INTMAP2寄存器中的适当位，可将中断映射至两个指定输出引脚(INT1和INT2)之一(或两者)。所有功能都可以同时使用。如果多个中断映射至一个引脚，则中断的OR组合决定该引脚的状态

如果没有功能映射至某个中断引脚，则该引脚自动配置为高阻抗状态(高阻态)。引脚也会在复位后进入此状态

检测到特定状态条件时，则会激活该条件映射至的引脚。默认情况下，引脚配置为高电平有效，因此激活后引脚会变为高电平。不过，通过在适当的INTMAP寄存器中设置INT_LOW引脚，可以将配置切换为低电平有效

INT引脚可连接到主机处理器的中断输入端，并以中断程序对中断作出响应。由于多个功能可映射至同一个引脚，STATUS寄存器可用于确定导致中断触发的具体条件

CN0274 评估软件对ADXL362的配置为：检测到运动后，INT1引脚为高电平；检测到静止后，INT1引脚为低电平。

测试结果

所有测试均使用 EVAL-CN0274-SDPZ 和 EVAL-SDP-CS1Z执行。演示器件的功能时，运动阈值设置为0.5 g，静止阈值设置为0.75 g，而静止样本数量设置为20。搜索运动时，只需任意轴上的一个加速度样本越过阈值。

开始时，将电路定位为电池组与桌子贴合，印刷电路板(PCB)可沿任意方向缓慢旋转90°，从而在接近与初始方位垂直的位置这一过程中使得加速度越过阈值。

图2显示了CN0274 评估软件的屏幕截图，其中ADXL362起初处于休眠状态并搜索运动。接着，样本11越过阈值时，ADXL362进入唤醒状态并开始搜索静止。阈值进行调整，以表明器件正在搜索静止。

为了更好地展示，已利用图上的单选按钮禁用了X轴和Z轴曲线。

ADP195的输出(或中断引脚本身)通过数字万用表测量。 ADXL362处于唤醒状态时，中断变为高电平并将ADP195的EN引脚驱动至高电平，进而将MOSFET的栅极驱动至低电平，从而导致开关闭合，这样就会接通任意下游电路与电源的连接。相反，ADXL362处于休眠状态时，中断会将ADP195的EN引脚驱动至低电平，进而将MOSFET的栅极驱动至高电平，从而导致开关断开。

PCB布局考虑

在任何注重精度的电路中，必须仔细考虑电路板上的电源和接地回路布局。PCB应尽可能隔离数字部分和模拟部分。本系统的PCB采用4层板堆叠而成，具有较大面积的接地层和电源层多边形。有关布局和接地的详细论述，请参见MT-031 指南 ；有关去耦技术的信息，请参见 MT-101 指南。

ADXL362 的电源应当用1 μF 和0.1 μF电容去耦，以适当抑制噪声并减小纹波。这些电容应尽可能靠近器件。对于所有高频去耦，建议使用陶瓷电容。

电源走线应尽可能宽，以提供低阻抗路径，并减小电源线路上的毛刺效应。通过数字地将时钟及其它快速开关数字信号屏蔽起来，使之不影响电路板的其它器件。PCB的照片如图3所示。

有关本电路笔记的完整设计支持包， 请访问www.analog.com/CN0274-DesignSupport。

图1所示电路是一个完整的模拟前端，它利用一个16位差分输入PulSAR® ADC对±10 V工业级信号进行数字转换。该电路仅利用两个模拟器件，来提供一路具有高共模抑制(CMR)性能的高阻抗仪表放大器输入、电平转换、衰减和差分转换功能。由于具有高集成度，该电路可节省印刷电路板空间，为常见的工业应用提供高性价比解决方案。

在过程控制和工业自动化系统中，典型的信号电平最高可达±10 V。而来自热电偶和称重传感器等传感器的信号输入则较小，因此常常会遇到大共模电压摆幅，这就需要灵活的模拟输入，它能以高共模抑制性能处理大小差分信号，同时具有高阻抗输入。

用现代低压ADC处理工业级信号时，必须进行衰减和电平转换。此外，全差分输入ADC具有以下优势：良好的共模抑制性能，更少的二阶失真产物，以及简化的直流调整算法。因此，工业信号需要经过进一步调理才能与差分输入ADC正确接口。

图1所示电路是一个完整且具有高集成度的模拟前端工业级信号调理器，仅使用两个有源器件来驱动差分输入16位PulSAR ADC AD7687 ：精密仪表放大器（片内集成两个辅助运算放大器） AD8295 precision in-amp (with two on-chip auxiliary op amps) 和电平转换器/ADC驱动器AD8275 。低噪声2.5V XFET®基准电压源 ADR431 为ADC提供基准电压。

AD8295是一款精密仪表放大器，片内集成两个非专用信号处理放大器和两个精密匹配的20 kΩ电阻，采用4 mm × 4 mm封装。

AD8275是一款G = 0.2差动放大器，可以用来衰减±10 V工业信号，衰减后的信号可以与单电源低压ADC轻松接口。AD8275在该电路中执行衰减和电平转换功能，可以保持良好的CMR，无需任何外部元件。

AD7687是一款16位逐次逼近型ADC，采用2.3 V至5.5 V的单电源供电。它采用差分输入，具有良好的CMR，并且能够简化SAR ADC的使用。

图1所示电路使用超低功耗、18位1 MSPS ADCAD7982 ，由低功耗全差分放大器ADA4940-1来驱动。低噪声精密5.0V基准电压源ADR395用于提供该ADC所需的5V电源。图1所示的所有IC均采用3 mm × 3 mm LFCSP或3 mm × 5 mm MSOP小型封装，从而有助于降低电路板成本和空间。

电路中ADA4940-1的功耗不到9 mW。18位1 MSPS AD7982 ADC的功耗仅7 mW （1 MSPS时），远低于市面上的同类ADC。此功耗也随吞吐量而变化。ADR395功耗仅为0.7mW，使系统总功耗低于17 mW。

图1所示电路是一种灵活的信号调理电路，用于处理宽动态范围(从几mV p-p到20 V p-p)的信号。该电路利用高分辨率模数转换器(ADC)的内部可编程增益放大器(PGA)来提供必要的调理和电平转换并实现动态范围。

在过程控制和工业自动化应用中，±10 V满量程信号非常常见；然而，有些情况下，信号可能小到只有几mV。用现代低压ADC处理±10 V信号时，必须进行衰减和电平转换。但是，对小信号而言，需要放大才能利用ADC的动态范围。因此，在输入信号的变化范围较大时，需要使用带可编程增益功能的电路。

此外，小信号可能具有较大的共模电压摆幅；因此需要较高的共模抑制(CMR)性能。在某些源阻抗较大的应用中，模拟前端输入电路也需要具有高阻抗。

图1所示电路解决了所有这些难题，并提供了可编程增益、高CMR和高输入阻抗。输入信号经过4通道ADG1409 多路复用器进入 AD8226低成本、宽输入范围仪表放大器。AD8226低成本、宽输入范围仪表放大器。AD8226提供高达80dB的高共模抑制(CMR)和非常高的输入阻抗(差模800ΩM和共模400ΩM)。宽输入范围和轨到轨输出使得AD8226可以充分利用供电轨。

AD8475是一款全差分衰减放大器，集成精密增益电阻，可提供精密衰减(G=0.4或G=0.8)、共模电平转换及单端差分转换功能。AD8475是一种易于使用、完全集成的精密增益模块，采用单电源供电时，最高可处理±10 V的信号电平。因此，AD8475适用于衰减来自AD8226且最高20Vp-p的信号，同时维持高CMR性能并提供差分输出来驱动差分输入ADC。

AD7192是一款内置PGA的24位Σ-Δ型ADC。片内低噪声增益级(G = 1、8、16、32、64或128)意味着可直接向该ADC输入小信号。

结合上述器件，对幅度会变化的信号而言，该电路可以提供非常好的性能且易于配置。该电路适合工业自动化、过程控制、仪器仪表和医疗设备应用。

本电路是一个由高功率开关MOSFET组成的H电桥，由低压逻辑信号控制，如图1所示。该电路为低电平逻辑信号和高功率电桥提供了一个方便的接口。H电桥的高端和低端均使用低成本N沟道功率MOSFET。该电路还在控制侧与电源侧之间提供隔离。本电路可以用于电机控制、带嵌入式控制接口的电源转换、照明、音频放大器和不间断电源(UPS)等应用中。

现代微处理器和微控制器一般为低功耗型，采用低电源电压工作。2.5 V CMOS逻辑输出的源电流和吸电流在μA到mA范围。为了驱动一个12 V切换、4 A峰值电流的H电桥，必须精心选择接口和电平转换器件，特别是要求低抖动时。

ADG787是一款低压CMOS器件，内置两个独立可选的单刀双掷(SPDT)开关。采用5 V直流电源时，有效的高电平输入逻辑电压可以低至2 V。因此，ADG787能够提供驱动半桥驱动器ADuM7234所需的2.5 V控制信号到5 V逻辑电平的转换。

ADuM7234是一款隔离式半桥栅极驱动器，采用ADI公司iCoupler®技术，提供独立且隔离的高端和低端输出，因而可以专门在H电桥中使用N沟道MOSFET。使用N沟道MOSFET有多种好处：N沟道MOSFET的导通电阻通常仅为P沟道MOSFET的1/3，最大电流更高；切换速度更快，功耗得以降低；上升时间与下降时间是对称的。

ADuM7234的4 A峰值驱动电流确保功率MOSFET可以高速接通和断开，使得H电桥级的功耗最小。本电路中，H电桥的最大驱动电流可以高达85 A，它受最大容许的MOSFET电流限制。

ADuC7061 是一款低功耗、基于ARM7的精密模拟微控制器，集成脉宽调制(PWM)控制器，其输出经过适当的电平转换和调理后，可以用来驱动H电桥。

图1中的电路是一个完全隔离、鲁棒、4通道数据采集系统，提供16位、无噪声代码分辨率和高达42 kSPS的自动通道开关速率。 由于在多路复用信号链上选择了独特的快速建立时间元件，因而42 kSPS开关速率下的通道间串扰低于15 ppm FS（低于−90 dB）。

该电路获取并数字化标准工业信号电平，包括：±5 V、±10 V、0 V至10 V和0 mA至20 mA。 输入缓冲器还提供过压保护，从而消除了传统肖特基二极管保护电路的相关漏电流误差。

本电路的应用包括过程控制（PLC/DCS模块）、电池测试、科学多通道仪器和色谱仪。

图1所示电路是一款适合过程控制应用的完全可编程通用模拟前端(AFE)。它支持下列输入：2/3/4线RTD配置、带冷结补偿的热电偶输入、单极性和双极性输入电压、4 mA至20 mA输入。

如今，许多模拟输入模块使用线链路（跳线）来配置客户输入要求，配置和重新配置输入需要时间、知识和手动干预。本电路提供一个用来配置工作模式的软件可控开关以及用来激励RTD的恒流源。本电路也可以重新配置，以便设置热电偶配置的共模电压。一个差分放大器用来调理Σ-Δ ADC的模拟输入范围。本电路以最低的成本提供业界领先的性能。

由于AD8676 和 AD8275 提供电压增益，因此该设计特别适合小信号输入、所有类型的RTD或热电偶。

AD7193 是一款24位Σ-Δ型ADC，可配置为四路差分输入或八路伪差分输入。ADuM1400 和 ADuM1401在微控制器与ADC之间提供所需的全部信号隔离。本电路还含有标准外部保护功能，符合IEC 61000标准。 

工业过程控制系统中的信号电平通常为以下几类之一：单端电流（4 mA至20 mA）、单端差分电压（0 V至5V、0 V至10 V、±5 V、±10 V）或者来自热电偶或称重传感器等传感器的小信号输入。大共模电压摆幅也非常典型，尤其是小信号差分输入；因此，良好的共模抑制性能是模拟信号处理系统的一项重要特性。

图1所示的模拟前端电路经过优化，可在处理这些类型的工业级信号时提供高精度和高共模抑制比(CMRR)。

该电路会对信号进行电平转换和衰减，从而使信号可以与大多数现代单电源SAR ADC的输入范围要求兼容，如高性能、16位250 kSPS PulSAR® ADCAD7685。

对于18 V p-p的输入信号，该电路的共模抑制(CMR)性能约为105 dB（100 Hz时）和80 dB（5 kHz时）。

高精度、高输入阻抗和高CMR由仪表放大器AD8226 提供。对于高精度应用，需要具有高输入阻抗，以便最大程度地减小系统增益误差并实现出色的CMR。AD8226增益可以用电阻在1至1000范围内进行编程设置。

若直接在输入端连接阻性电平转换器/衰减器级，会因电阻之间出现失配，导致CMR性能下降。AD8226可以提供小信号和大信号输入所需的出色CMR性能。无需任何外部元件，电平转换器/衰减器/驱动器AD8275即可在该电路中执行衰减和电平转换功能。

由于信号带宽相对较低，Σ-Δ型ADC通常用于高分辨率测量系统，而且Σ-Δ架构可以在低更新速率条件下提供出色的噪声性能。不过，在越来越多的设计中，尤其是多通道系统，更新速率不断提高，以便更快地更新各通道或增加通道密度。这种情况下，高性能SAR ADC是不错的替代之选。图1所示电路采用250 kSPS 16位ADC AD7685、高性能仪表放大器AD8226和衰减器/电平转换器/放大器AD8275并配置为完整的系统解决方案，无需任何外部元件。