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评估硬件

产品型号带"Z"表示符合RoHS标准。评估此电路需要下列选中的电路板

  • EVAL-AD7960FMCZ ($99.00) 18-Bit, 5 MSPS, LVDS Data Acquisition System
  • EVAL-CN0388-FMCZ ($99.00) Isolated 600 Mbps, LVDS, 18-Bit, Module
  • EVAL-SDP-CH1Z ($199.00) Eval Control Board
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优势和特点

  • 18-bit, 5MSPS Data Acquisition System 
  • Isolated LVDS Output 
  • 600Mbps Serial Data Capability 

电路功能与优势

图1所示电路展示了模拟前端(18位、5 MSPS AD7960模数转换器(ADC))在600 Mbps时使用ADN4651LVDS隔离器进行隔离。ADN4651转接板连接到标准的AD7960评估平台,将模拟前端板与高速SDP-H1系统演示平台(EVAL-SDP-CH1Z)隔离开。SDP-H1内置一个Xilinx Spartan 6 FPGA来捕获采集数据和一个ADSP-BF527DSP来与PC进行通信。

在恶劣环境下需要对外部接口进行电气隔离来增强安全性、功能性或抗扰能力。这包括用于数据采集模块的模拟前端,以便实现工业测量和控制。由于工业4.0、物联网(IoT)等趋势要求更加普遍的测量和控制以及更高的速度和精度,因此对转换器接口的带宽要求越来越高。这就给隔离性提出了挑战,因为即使标准数字隔离器的工作速率都限制在150 Mbps。

对于工业环境中的测量和控制应用,隔离式模拟前端部署的优势包括:

  • 易于设计,由于LVDC直接隔离器带有完全兼容的输入/输出和超低抖动。

  • 具有600 Mbps的高带宽,以便支持较高的ADC分辨率和速度。

  • 实现电气隔离,以便提供电源电压保护、电源隔离测量或数字或电源电路抗扰度。

图1中的电路展示了业界领先的解决方案在600 Mbps时使用ADN4651双通道隔离器实现LVDS隔离。

图1.EVAL-AD7960FMCZ和EVAL-SDP-CH1Z通过ADN4651 EVAL-CN0388-FMCZ转接板进行隔离

电路描述

转接板电路需要两个ADN4651 600 Mbps LVDS隔离器对AD7960 LVDS接口进行隔离。如图1所示,两个LVDS时钟从Spartan 6 FPGA发送到AD7960;5 MHz采样时钟(CNV±)和300 MHz参考时钟(CLK±)。AD7960使用300 MHz参考时钟在600 Mbps时输出一系列的采样数据(D±),并与300 MHz回波时钟(DCO±)同步。在数据突发后,D±处于空闲状态以免干扰转换器的采集阶段。ADN4651内置一对采用ADI公司iCoupler®技术的双向数字隔离器,可在高速下工作且具有极低的抖动。VIN+和VIN−交流电压输入经过两个单独的ADA4899-1单位增益稳定电压反馈型运算放大器,并将其相应的输出馈入到AD7960。然后两个输入差分信号进行模数转换,通过D±发出并同步至DCO±。

Blackfin® ADSP-BF527仅使用1.8 V逻辑电平将相应的逻辑高电平和逻辑低电平通过ADuM4400四通道数字隔离器输出到AD7960使能引脚(EN0至EN3)以及片内LDO使能(PC_C2M)和SDP ID EEPROM地址(GA0、GA1)。AD7960上的使能引脚可配置为符合具体工作要求。有关完整信息可参见AD7960数据手册。ADuM2251双通道I2C隔离器将SDP ID EEPROM时钟(SCL)和数据(SDA)与Blackfin ADSP-BF527接口隔离开。

Blackfin ADSP-BF527和Spartan 6 FPGA与转接板和测量电路之间的通信通过EVAL-SDP-CH1Z上的USB端口,利用PC上安装的评估软件进行控制,如图1所示。

该电路的逻辑端和总线端通过两个12 V直流电源进行供电,其中EVAL- AD7960FMCZ上会产生四个供电轨,而EVAL-CN0388-FMCZ上会产生三个供电轨。在EVAL-AD7960FMCZ上, ADP7104CMOS LDO产生5 V电压,ADP7102CMOS LDO产生7 V电压,ADP2300异步降压稳压器产生−2.5 V电压,且ADP124CMOS线性稳压器产生1.8 V电压。在EVAL-CN0388-FMCZ上, ADP3335产生5 V电压,ADP151线性稳压器(2.5 V版本)产生2.5 V电压,且ADP151线性稳压器(3.3 V版本)产生3.3 V电压。

如图1所示,在CNV±、CLK±、D±和DCO±(R11、R12、R13和R14),100 Ω端接电阻安装在两个ADN4651隔离器的各LVDS输入端和输出端。

逻辑端和总线端上的电源和接地通过管式连接器互相连接。EVAL-AD7960FMCZ、EVAL-CN0388-FMCZ、和EVAL-SDP-CH1Z中的逻辑电平、时钟和数据信号通过走线连接到配置的FMC连接器,如图2所示。交流电压输入(VIN+/VIN−)通过SMA连接器进行连接。Audio Precision源为适合输入的理想差分驱动器。用户也可以通过螺旋线连接器将外部基准电压施加于EVAL-AD7960FMCZ。

图2.EVAL-AD7960FMCZ、EVAL-CN0388-FMCZ隔离器和EVAL-SDP-CH1Z板连接在一起

有关完整文档包,包括详细原理图、物料清单和布局,请参见CN-0388设计支持包并访问: www.analog.com/CN0388-DesignSupport

电路评估与测试

在开始评估前,请在PC上安装EVAL-AD7960FMCZ评估软件。软件安装说明可在EVAL-AD7960FMCZ用户指南(UG-490)中找到。

要开始测试,请确保EVAL-AD7960FMCZ、EVAL-CN0388-FMCZ和EVAL-SDP-CH1Z板通过其FMC连接器正确连接。此配置如图3所示。如需为EVAL-AD7960FMCZ、EVAL-CN0388-FMCZ和EVAL-SDP-CH1Z供电,请将壁式电源连接到EVAL-CN0388FMCZ和EVAL-SDP-CH1Z上的管式连接器。如已提供正确的电压电平,则+12V_FMC LED (EVAL-AD7960FMCZ)、LED_1、LED_2 LED (EVAL-CN0388-FMCZ)和FMC_PWR_GD LED (EVAL-SDP-CH1Z)都会点亮。或者,检查各个评估板上相应的电压测试点的电压电平以测试该电路是否正确供电。

CN0388_02_1024
图3.隔离式模数数据采集测试设置

所有这些测试点上的标签必须匹配其测量值。EVAL-CN0388-FMCZ上的各个隔离侧和非隔离侧有三个电压测试点;+3_3V_SIDE1/SIDE2、+2_5V_SIDE1ADP1/SIDE2和+12V_IN/IN2。EVAL-AD7960FMCZ上有四个电压测试点:+7 V、+5 V、+12 V和VREF。

通过VIN−、VIN+以及SMA连接器(范围为−VREF至+VREF,电压源之后)连接差分交流电压源可对完整的高速模数转换进行测试。差分输入采集数据通过EVAL-AD7960FMCZ发送到PC上安装的评估软件。有关硬件和软件操作,请参阅EVAL-AD7960FMCZ用户指南(UG-490)。图4显示了EVAL-AD7960FMCZ评估软件中的汇总选项卡,显示收集的汇总信息。

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图4.EVAL-AD7960FMCZ评估软件窗口


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样片

产品

描述

可提供样片的
产品型号

ADN4651

5 kV rms、600 Mbps双通道LVDS隔离器



ADN4651BRSZ

ADN4651BRWZ

AD7960 18位、5 MSPS、PulSAR®差分ADC

AD7960BCPZ

ADUM4400 5 kV RMS四通道数字隔离器

ADUM4400ARIZ

ADUM4400ARWZ

ADUM4400BRIZ

ADUM4400BRWZ

ADUM4400CRIZ

ADUM4400CRWZ

ADUM4400WARWZ

ADUM4400WBRWZ

ADUM2251 热插拔双通道I2C® 隔离器,5 kV

ADUM2251ARIZ

ADUM2251ARWZ

ADUM2251WARWZ

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