Data Acquisition

AD7768-1 — это малопотребляющий, высококачественный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) на основе Σ-Δ модулятора и цифрового фильтра, предназначенный для прецизионного преобразования статических и динамических сигналов. Компонент представляет собой одноканальную версию восьмиканального Σ-Δ АЦП с одновременной выборкой AD7768. AD7768-1 предоставляет пользователю единую конфигурируемую, переиспользуемую платформу для сбора данных. Эта платформа устанавливает новый стандарт статических и динамических погрешностей измерений и позволяет разработчикам промышленных и измерительных систем создавать разнообразные варианты устройств для схем с гальванической развязкой и без нее.

При частоте дискретизации 256 kSPS и использовании цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ), обладающего малым уровнем пульсаций и полосой пропускания 110.8 кГц, AD7768-1 способен поддерживать динамический диапазон 108.5 дБ в сочетании с уровнем интегральной нелинейности (INL) ±1.1 ppm, погрешностью смещения  ±30 мкВ и погрешностью коэффициента усиления ±30 ppm.

Для работы с сигналами в расширенной полосе частот, при частоте Найквиста до 500 кГц, компонент имеет фильтр sinc5 с частотой среза по уровню −3 дБ, равной 204 кГц.

При работе с AD7768-1 пользователь имеет возможность управлять соотношением входной полосы, частоты выходных данных и рассеиваемой мощности. Эта особенность AD7768-1 позволяет производить динамический анализ изменяющегося входного сигнала, что делает компонент особенно полезным для универсальных систем сбора данных. Выбирая один из трех доступных режимов энергопотребления разработчик может достигнуть требуемых показателей уровня шума, минимизируя при этом потребляемую мощность. Архитектура AD7768-1 является уникальной в том смысле, что компонент превращается в конфигурируемую, переиспользуемую платформу как для малопотребляющих модулей измерения статических сигналов, так и для высокопроизводительных модулей измерения динамических сигналов.

AD7768-1 поддерживает оптимальный баланс статических и динамических характеристик, с одной стороны, и превосходной энергоэффективности, с другой стороны. Компонент имеет три рабочих режима, позволяющих управлять соотношением полосы входного сигнала и потребляемой мощности:

• В высокоскоростном режиме пользователь может выбрать фильтр с характеристикой sinc, обеспечивающий быстродействие до 256 kSPS и ширину полосы 52.2 кГц при потребляемой мощности 26.4 мВт, либо КИХ фильтр, обеспечивающий быстродействие до 256 kSPS и ширину полосы 110.8 кГц при потребляемой мощности 36.8 мВт.
• В медианном режиме пользователю доступен КИХ фильтр с быстродействием до 128 kSPS и шириной полосы 55.4 кГц при потребляемой мощности 19.7 мВт.
• В режиме низкой мощности пользователю доступен КИХ фильтр с быстродействием до 32 kSPS и шириной полосы 13.85 кГц при потребляемой мощности 6.75 мВт.

AD7768-1 обеспечивает обширные возможности цифровой фильтрации для удовлетворения широкого диапазона системных требований. Используя встроенные фильтры, пользователь может конфигурировать компонент для проведения измерений с жестким контролем погрешности коэффициента усиления по частоте, с линейной фазовой характеристикой (прямоугольный фильтр) или с малой задержкой (фильтры sinc5 или sinc3) для применения в контурах управления. Кроме того компонент можно сконфигурировать для измерения статических входных сигналов при помощи фильтра sinc3 с подавлением частоты сети 50 Гц или 60 Гц. Все фильтры имеют программируемый коэффициент децимации.

Для пользователей, которым необходима частота выходных данных, превышающая доступную при работе с КИХ фильтром с малой неравномерностью, имеется тракт с фильтром sinc5, работающий на частоте 1.024 МГц. Данный тракт обладает высоким шумом квантования и, поэтому, наиболее подходит для пользователей, которым требуется минимальная задержка при использовании в контурах управления, или которые реализуют собственные схемы цифровой фильтрации во внешней микросхеме программируемой логики (FPGA) или цифровом сигнальном процессоре (DSP).

Компонент предоставляет следующие варианты цифровых фильтров:

КИХ фильтр с малой неравномерностью (неравномерность в полосе пропускания ±0.005 дБ на частотах до 102.4 кГц).

Фильтр sinc5 с малой задержкой, обеспечивающий частоту данных до 1.024 МГц для увеличения скорости отклика в контурах управления.

Фильтр sinc3 с малой задержкой, который является полностью программируемым и обеспечивает возможность подавления частоты 50 Гц/60 Гц.

Встроенные в AD7768-1 аналоговые схемы значительно упрощают процесс проектирования во всех возможных областях применения. Буфер предварительного заряда на каждом аналоговом входе уменьшает аналоговый входной ток по сравнению с конкурирующими продуктами, облегчая задачу для внешнего входного усилителя-драйвера.

Полнофункциональный буфер на входе опорного напряжения уменьшает входной ток, обеспечивая высокий импеданс для внешнего источника и устраняя влияние на внешний измерительный резистор, используемый в цепи опорного напряжения в схемах с относительными измерениями.

Компонент работает с напряжениями питания AVDD1 − AVSS = 5.0 В, AVDD2 − AVSS = 2.0 В ... 5.0 В и IOVDD − DGND = 1.8 В ... 3.3 В.

В режиме малой мощности выводы питания AVDD1, AVDD2 и IOVDD можно подключить к одному источнику напряжения 3.3 В.

Для работы с компонентом необходимо внешнее опорное напряжение. Допустимый диапазон входного опорного напряжения (REF_IN) — от  1 В до AVDD1 − AVSS.

Гарантированный рабочий температурный диапазон составляет от −40°C до +125°C. Компонент выпускается в 28-выводном корпусе LFCSP, имеющем габариты 4 мм × 5 мм.

Обратите внимание, что для обозначения многофункциональных выводов, например, XTAL2/MCLK, в техническом описании может использоваться как полное наименование, так и наименование отдельно взятой обсуждаемой функции, например, MCLK.

Области применения

• Платформа аналого-цифрового преобразования для проведения разнообразных измерений с различными типами датчиков
  • Измерение вибраций, акустические измерения и исследование материалов
• Схемы управления и программно-аппаратная верификация (hardware in loop)
• Мониторинг рабочего состояния при диагностическом обслуживании
• Контрольно-измерительная аппаратура для электросетей
• Измерение тока, измерение напряжения и тестирование аудиосистем
• Клинические аппараты мониторинга основных показателей жизнедеятельности (ЭЭГ, ЭМГ и ЭКГ)
• Модульные системы сбора данных с интерфейсами USB, PXI и Ethernet
• Модульные системы сбора данных с межканальной развязкой

AD4003/AD4007/AD4011 – это обладающие низким шумом и низким энергопотреблением, быстродействующие, прецизионные 18-разрядные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) последовательного приближения (successive approximation register, SAR) с пропускной способностью 2 MSPS, 1 MSPS и 500 kSPS, соответственно. Они имеют ряд функций, которые сокращают энергопотребление сигнальной цепочки, уменьшают ее сложность и позволяют увеличить плотность каналов в системе. Высокоимпедансный режим совместно с длительной фазой захвата избавляют от необходимости в отдельном быстродействующем драйвере АЦП с высоким энергопотреблением, расширяя диапазон малопотребляющих прецизионных усилителей, которые могут использоваться для интерфейса с АЦП, поддерживая, при этом, оптимальный уровень характеристик. Функция компрессии входного диапазона позволяет АЦП и усилителю-драйверу работать от общего напряжения питания без необходимости в применении отрицательного напряжения, не уменьшая диапазон преобразования АЦП. Низкая требуемая частота последовательного периферийного интерфейса сокращает мощность, потребляемую цепями цифрового ввода/вывода, расширяет спектр совместимых процессоров и упрощает задачу передачи данных через изоляционный барьер.

AD4003/AD4007/AD4011 работают от напряжения питания 1.8 В и имеют диапазон дифференциальных входных напряжений ±V_REF (V_REF от 2.4 В до 5.1 В). AD4003 потребляет всего 16 мВт при частоте дискретизации 2 MSPS и минимальной частоте сигнала SCK 75 МГц в турбо-режиме, AD4007 потребляет всего 8 мВт при частоте дискретизации 1 MSPS и AD4011 потребляет всего 4 мВт при частоте дискретизации 500 kSPS, обеспечивая максимальную интегральную нелинейность (INL) ±1.0 LSB, разрядность 18 бит без пропуска кодов и типичный уровень отношения сигнал шум 100.5 дБ на частоте 1 кГц. Компонент работает с внешним опорным напряжением, которое может устанавливаться независимо от напряжения питания.

Совместимый с SPI универсальный последовательный интерфейс имеет семь различных рабочих режимов, включая возможность объединять несколько АЦП в цепочку с последовательным опросом на одной трёхпроводной шине, используя вход SDI, а также опциональный сигнал индикатора занятости. Благодаря отдельному напряжению питания VIO AD4003/AD4007/AD4011 поддерживают совместимость с логическими схемами, имеющими питание 1.8 В, 2.5 В, 3 В и 5 В.

AD4003/AD4007 выпускаются 10-выводных корпусах MSOP и LFCSP, AD4011 выпускается в 10-выводном корпусе LFCSP, рабочий температурный диапазон составляет от −40°C до +125°C. Компоненты совместимы по выводам с 16-разрядным АЦП AD4000 с быстродействием 2 MSPS.

Области применения

• Автоматическое тестовое оборудование
• Автоматизация механизмов
• Медицинское оборудование
• Оборудование с питанием от батарей
• Прецизионные системы сбора данных

The ADR4520/ADR4525/ADR4530/ADR4533/ADR4540/ADR4550 devices are high precision, low power, low noise voltage references featuring ±0.02% maximum initial error, excellent temperature stability, and low output noise.

This family of voltage references uses an innovative core topology to achieve high accuracy while offering industry-leading temperature stability and noise performance. The low, thermally induced output voltage hysteresis and low long-term output voltage drift of the devices also improve system accuracy over time and temperature variations.

A maximum operating current of 950 μA and a maximum low dropout voltage of 300 mV allow the devices to function very well in portable equipment.

The ADR4520/ADR4525/ADR4530/ADR4533/ADR4540/ADR4550 series of references are each provided in an 8-lead SOIC package and are available in a wide range of output voltages, all of which are specified over the extended industrial temperature range of −40°C to +125°C. The ADR4525W, available in an 8-lead SOIC package, is qualified for automotive applications.

Applications

• Precision data acquisition systems
• High-resolution data converters
• High-precision measurement devices
• Industrial instrumentation
• Medical devices
• Automotive battery monitoring

AD5791 - это одноканальный 20-разрядный ЦАП с небуферизированным выходом напряжения, который питается от биполярного напряжения питания до 33 В. AD5791 работает с положительным входным опорным напряжением в диапазоне от 5 В до VDD - 2.5 В и отрицательным входным опорным напряжением в диапазоне от VSS + 2.5 В до 0 В. AD5791 обладает относительной точностью ±1 LSB (максимум) и гарантированно обеспечивает монотонность с дифференциальной нелинейностью (DNL) ±1 LSB (максимум).

Компонент имеет трехпроводной последовательный интерфейс, который работает с частотой тактового сигнала до 35 МГц и совместим со стандартными интерфейсами SPI^®, QSPI^TM и MICROWIRE^TM, а также интерфейсами цифровых сигнальных процессоров. В состав компонента входит сброса при включении питания, которая гарантирует, что в начальный момент после включения питания ЦАП выдает 0 В с известным состоянием выходного импеданса и будет поддерживать такое состояние до первой записи достоверных данных. Компонент также имеет функцию фиксации выхода, которая переводит выход в состояние известной нагрузки.

Ключевые особенности продукта

1. Разрешение 1 ppm.
2. Широкий диапазон напряжений питания до ±16.5 В.
3. Рабочий температурный диапазон: от -40°С до 125°С.
4. Малая спектральная плотность шума 7.5 нВ/√Гц.
5. Малый температурный дрейф <0.05 ppm/°C.

Области применения

• Медицинские измерения
• Оборудование для тестирования и измерений
• Промышленное управление
• Высокотехнологичные научные и авиационно-космические измерения

The AD5686R nanoDAC+™ is a quad, 16-bit, rail-to-rail, voltage output DAC. The device includes a 2.5V, 2ppm/˚C internal reference (enabled by default) and a gain select pin giving a full-scale output of 2.5V (gain=1) or 5V (gain=2).

The device operates from a single 2.7 V to 5.5 V supply, is guaranteed monotonic by design and exhibits less than 0.1% FSR gain error and 1.5mV offset error performance. The device is available in a 3mm X 3mm LFCSP and a TSSOP package.

The AD5686R also incorporates a power-on-reset circuit and a RSTSEL pin that ensures the DAC outputs power up to zero-scale or midscale, and remain there until a valid write takes place. Each device contains a per-channel power-down feature that reduces the current consumption of the device to 4 uA at 3 V while in power-down mode.

The AD5686R employs a versatile SPI interface that operates at clock rates up to 50 MHz and includes a V_LOGIC pin intended for 1.8V/3V/5V logic.

Product Highlights

1. High Relative Accuracy: AD5686R (16-bit): ±2LSB INL max
2. Low drift on-chip reference: 2.5 V, 2 ppm/°C temperature drift.
3. Two package options: 3mm × 3mm 16 lead LFCSP or 16 lead TSSOP

Applications

• Optical transceivers
• Base-station power amplifiers
• Process control (PLC I/O cards)
• Industrial automation
• Data acquisition systems

ADA4807-1/ADA4807-2 – это обладающие низким шумом и малым энергопотреблением усилители с обратной связью по напряжению, которые имеют rail-to-rail диапазон входных/выходных напряжений (диапазон напряжений ограничен напряжениями питания) и обеспечивают исключительные характеристики. Они поддерживают наименьший входной шум (3.1 нВ/√Гц и 0.7 пА/√Гц) в отрасли среди быстродействующих rail-to-rail усилителей, потребляя ток всего 1 мА, или менее, что делает их идеальным выбором для широкого спектра областей применения, от портативных измерительных приборов с питанием от батарей до быстродействующих систем, где высокая плотность установки компонентов требует сокращения рассеиваемой мощности. ADA4807 работает с широким диапазоном биполярных напряжений питания от ±1.5 В до ±5 В, а также с однополярным питанием в диапазоне от 3 В до 10 В. Компонент имеет функцию отключения, которая позволяет сократить типичный ток, потребляемый в неактивном состоянии, до 2.4 мкА, или менее.

Выходное напряжение усилителя может достигать значений на 50 мВ выше отрицательного/ниже положительного напряжений питания, а входной каскад позволяет работать с напряжениями, достигающими и выходящими за пределы напряжений питания, за счет чего обеспечивается максимально возможный динамический диапазон.

ADA4807 обладает высоким быстродействием: ширина полосы по уровню -3 дБ в режиме слабого сигнала составляет 180 МГц, скорость нарастания – 225 В/мкс, а время установления сигнала в пределах 0.1% - 47 нс (при ступенчатом изменении входного напряжения на 4 В). При этом компонент поддерживает низкие значения входного напряжения смещения и дрейфа: ±20 мкВ и 0.7 мкВ/°C, соответственно. Уровень гармонических искажений второго порядка (HD2) и третьего порядка (HD3) составляет −112 дБн и –115 дБн, соответственно, для выходного сигнала с размахом 2 В и частотой 100 кГц при напряжении питания ±5 В и нагрузке 1 кОм. Низкий уровень искажений и короткое время установления делают данные усилители идеальным выбором для входного интерфейса с быстродействующими, прецизионными АЦП с однополярным питанием, имеющими разрешение до 18 бит. ADA4807 обеспечивает эти превосходные характеристики, потребляя ток всего 1 мА, или менее.

ADA4807-1 (одноканальный) выпускается в компактных 6-выводных корпусах SC70 и SOT-23. ADA4807-2 (двухканальный) выпускается в 10-выводном корпусе LFCSP и 8-выводном корпусе MSOP. ADA4807 работает в промышленном температурном диапазоне от −40°C до +125°C.

Области применения

• Быстродействующие системы с питанием от батарей
• Системы с высокой плотностью компонентов
• Драйверы АЦП с высоким разрешением
• Портативные контрольно-измерительные приборы
• Активные фильтры

ADA4610-1/ADA4610-2/ADA4610-4 - это прецизионные усилители на полевых транзисторах с управляющим переходом (JFET), обладающие низким входным напряжением шума, током шума, напряжением смещения и входным током смещения, а также rail-to-rail диапазоном выходных напряжений (размах напряжения ограничен напряжениями питания). ADA4610-1 имеет один канал, ADA4610-2 - два канала, а ADA4610-4 - четыре канала.

Благодаря комбинации низкого напряжения смещения, малого шума и очень маленького входного тока смещения эти усилители особенно хорошо подходят для усиления сигналов высокоимпедансных датчиков и прецизионного измерения тока с использованием токовых шунтов. Благодаря превосходным статическим характеристикам, низкому шуму и короткому времени установления ADA4610-1/ADA4610-2/ADA4610-4 обеспечивают превосходную точность в медицинских измерительных приборах, электронной измерительной технике, автоматическом тестовом оборудовании. В отличие от многих конкурирующих усилителей ADA4610-1/ADA4610-2/ADA4610-4 поддерживают короткое время установления при значительных емкостных нагрузках. В отличие от многих усилителей на JFET транзисторах предыдущего поколения ADA4610-1/ADA4610-2/ ADA4610-4 не подвержены эффекту обращения фазы при выходе входных напряжений за пределы максимального синфазного напряжения.

За счет короткого времени нарастания и отличной стабильности при емкостных нагрузках ADA4610-1/ADA4610-2/ADA4610-4 идеально подходят для высококачественных фильтров. Малые входные токи смещения, низкое напряжение смещения и малый шум обеспечивают широкий динамический диапазон в схемах усиления сигналов фотодиодов. Низкий уровень шума и искажений, высокий выходной ток и превосходное быстродействие делают ADA4610-1/ADA4610-2/ADA4610-4 отличным выбором для применения в аудиосистемах.

ADA4610-1/ADA4610-2/ADA4610-4 работают в расширенном промышленном температурном диапазоне от −40°C до +125°C.

ADA4610-1 выпускается в 8-выводном корпусе SOIC_N. ADA4610-2доступен в 8-выводных корпусах SOIC_N, MSOP и LFCSP_VD. ADA4610-4 выпускается в 14-выводном корпусе SOIC_N и 16-выводном корпусе LFCSP_WQ.

Области применения

• Измерительная техника
• Медицинские приборы
• Многополюсные фильтры
• Прецизионные измерения тока
• Усилители сигналов фотодиодов
• Интерфейс с датчиками
• Аудиосистемы

A single channel can be sampled at up to 1.33 MSPS with 18-bit resolution. A channel-to-channel switching rate of 250 kHz between all input channels provides 16-bit performance.

The signal processing circuit combined with a simple 4-bit up-down binary counter provides a simple and cost effective way to realize channel-to-channel switching without an FPGA, CPLD, or high speed processor. The counter can be programmed to count up or count down for sequentially sampling multiple channels, or can be loaded with a fixed binary word for sampling a single channel.

This circuit is an ideal solution for a multichannel data acquisition card for many industrial applications including process control, and power line monitoring.

Figure 1. Multichannel Data Acquisition Circuit (Simplified Schematic: All Components, Connections, and Decoupling Not Shown)

The signal is then digitized by a 24-bit Σ-Δ ADC, and the digital value is provided on an SPI serial interface. With the PMOD form factor for rapid prototyping, the design requires minimal PC board area and is ideal for applications that require precise thermocouple temperature measurements.

Figure 1. Multichannel K Type Thermocouple Measurement System (Simplified Schematic: All Connections and Decoupling Not Shown)

The AD8675 precision op amp has low offset voltage (75 μV maximum), low noise (2.8 nV/√Hz typical), and is an optimum output buffer for the AD5780. The AD5780 has two internal matched feedforward and feedback resistors, which are connected to the AD8675 op amp and provide the 10 V offset voltage. This allows an output voltage swing of ±10 V with a single external 10 V reference.

The digital input to the circuit is serial and is compatible with standard SPI, QSPI, MICROWIRE^®, and DSP interface standards. For high accuracy applications, the compact circuit offers high precision, as well as low noise—this is ensured by the combination of the AD5780, ADR445, and AD8675 precision components.

This combination of parts provides industry-leading 18-bit integral nonlinearity (INL) of ±1 LSB and differential nonlinearity (DNL) of ±0.75 LSB, with guaranteed monotonicity, as well as low power, small PCB area, and cost effectiveness in an LFCSP package.

Figure 1. 18-Bit Accurate, ±10V Voltage Source (Simplified Schematic: All Connections and Decoupling Not Shown)

The circuit shown in Figure 1 provides a programmable 20-bit voltage with an output range −10 V to +10 V, ±1 LSB integral nonlinearity, ±1 LSB differential nonlinearity, and low noise.

The digital input to the circuit is serial and is compatible with standard SPI, QSPI™, MICROWIRE^®, and DSP interface standards. For high accuracy applications, the circuit offers high precision, as well as low noise, and this is ensured by the combination of the AD5791, AD8675, and AD8676 precision components.

The reference buffer is critical to the design because the input impedance at the DAC reference input is heavily code dependent and will lead to linearity errors if the DAC reference is not adequately buffered. With a high open-loop gain of 120 dB, the AD8676 has been proven and tested to meet the settling time, offset voltage, and low impedance drive capability required by this circuit application. The AD5791 is characte-rized and factory calibrated using the AD8676 dual op amp to buffer its voltage reference inputs, further enhancing confidence in partnering the components.

This combination of parts provides industry-leading 20-bit integral nonlinearity (INL) of ±1 LSB and differential nonlinearity (DNL) of ±1 LSB, with guaranteed monotonicity, as well as low power, small PCB area, and cost effectiveness.

Figure 1. 20-Bit Accurate, ±10 V Voltage Source (Simplified Schematic: All Connections and Decoupling Not Shown)

The circuit in Figure 1 is a two-channel, bank isolated, wide bandwidth data acquisition (DAQ) system, implemented with a simultaneous sampling architecture using an analog-to-digital converter (ADC) per channel. The system achieves high channel density along with isolation between the bank and the digital backplane, all while delivering exceptional performance. The design also makes efficient use of isolation channels by configuring the ADCs in daisy-chain mode and utilizing an isolator product with a trimmed delay clock feature. Power generation is also simplified using an isolator with an integrated pulse width modulation (PWM) controller and transformer driver to perform dc-to-dc conversion across the isolation barrier. The system also includes many common features of a typical DAQ signal chain, including input circuit protection, programmable gain channels, high accuracy, and high performance.

The simultaneous sampling realizes multiple channels without sample rate limitations inherent in multiplexed DAQ signal chains. The analog front end (AFE) design is also simpler than the multiplexed option, because the settling performance requirements of the system are less demanding. Sampling occurs simultaneously for each channel, while sequential sampling systems have delays between channels.

Digital bank isolated DAQ designs provide protection for digital back end circuitry and reduce ground loop and common-mode interference between banks. They feature multiple DAQ signal chains per ground plane, and can be implemented with fewer digital isolation devices than channel-to-channel isolated systems.

The Analog Devices, Inc., ADA4945-1CP-EBZ evaluation board allows the user to evaluate the performance of the ADA4945-1 fully differential amplifier. The ADA4945-1CP-EBZ evaluation board can be configured to accept either a single-ended or differential input signal.

The ADA4945-1CP-EBZ evaluation board uses several 2-pin and 3-pin headers to control various features of the ADA4945-1. Apply the proper jumpers to set the ADA4945-1 high and low output clamp levels, set the ADA4945-1 output common-mode voltage, choose high or low power mode for the ADA4945-1, and set the ADA4945-1 digital ground level.

Optimized power and ground planes ensure low noise and high speed operation. Component placement and power supply bypassing provide maximum circuit flexibility and performance. The ADA4945-1CP-EBZ evaluation board accepts 0402 surface mount technology (SMT) components, 0805 bypass capacitors, and 2.54 mm headers.

Input and output signals are brought to and from the board via 50 Ω, side launch Subminiature Version A (SMA) connectors.

Full specifications on the ADA4945-1 are available in the ADA4945-1 data sheet. Consult the data sheet in conjunction with this user guide when working with the ADA4945-1CP-EBZ evaluation board.