當今的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅是工業(yè)應(yīng)用的核心組件，通常還用于實現(xiàn)基于傳感器的溫度、流量、液位、壓力和其他物理量測量，隨后將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為高分辨率數(shù)字信息，再傳輸至軟件進一步處理，這些系統(tǒng)對精度的要求越來越高。

為此，開發(fā)人員必須綜合考量會對系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響的特性（例如信號噪聲和漂移），以及提高轉(zhuǎn)換速率和傳輸速率等要求。將不同的傳感器類型和相應(yīng)的不同模擬信號輸出直接連接通常需要高輸入阻抗。此外，輸入還應(yīng)該能夠緩沖、放大和調(diào)整輸入信號的電平，或者能夠生成差分信號，覆蓋模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的整個電壓范圍，同時滿足其共模電壓要求。

但是，原始測量信號應(yīng)盡可能保持不失真。所以，輸入級是確定數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體精度的決定性因素之一。通常使用可編程增益儀表放大器(PGIA)可實現(xiàn)這一目標，即通過外部電阻調(diào)節(jié)增益，然后將輸出直接耦合至下游ADC的輸入。PGIA通常配備單端輸出，因此不能直接用于驅(qū)動全差分逐次逼近寄存器(SAR) ADC。因此，需要采用額外的信號調(diào)理或驅(qū)動級。但是，額外的驅(qū)動級會影響整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能，因為該驅(qū)動級可能帶來一些會引發(fā)額外誤差的組件。通過選擇合適的組件，可以確保實現(xiàn)出色性能，具體電路如圖1所示。

圖1. 精密數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的簡化框圖。

圖1所示為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的簡化電路，包含基準電壓源和帶集成電源的基準電壓緩沖器，以及PGIA和AD4020SAR ADC。PGIA的差分輸出采用可實現(xiàn)數(shù)字可編程增益的分立式標準組件。其輸入阻抗在GΩ范圍內(nèi)，共模抑制比超過92 dB，具有低輸出噪聲和低失真特性，因此非常適合用于直接控制SAR ADC，且不會影響性能。PGIA驅(qū)動AD4020，這是一款高精度20位1.8 MSPS的低功率SARADC。AD4020提供一系列其他功能，可用于降低整個信號鏈的復(fù)雜度，增加通道密度，同時不影響性能。其他功能包括用于減少非線性輸入電流的高阻抗模式，以及用于將PGIA直接連接至其間的簡單RC濾波器的長檢測相位。AD4020提供高采樣率，可精確采集高達數(shù)百千赫茲的高頻信號。它還支持抽取功能，可擴大動態(tài)范圍，從而實現(xiàn)對低壓信號的精密檢測。此外，還可減少對抗混疊濾波器的需求。

SPI接口兼容不同的邏輯電平（1.8 V、2.5 V、3 V和5 V），可以通過多種方式進行編程，同時提供讀寫功能。

圖1中的電路采用所示組件，可獲得出色的線性度（INL，典型值為±2 ppm）、低偏置和增益漂移（分別為±3.5 ppm/°C和±6 ppm/°C），以及出色的噪聲功率（超過–115 dB），所有這些特性均支持最高轉(zhuǎn)換率和整個增益范圍。此電路支持雙極和單極單端或全差分輸入信號（高達±10 V），增益為1至10。輸入電壓范圍與增益呈函數(shù)關(guān)系，參見表1。

表1. 輸入電壓范圍與增益的函數(shù)關(guān)系

圖示電路也提供校準選項，以適用于更大的PGIA范圍。此功能提供精準的比率性能，通過提供信號緩沖、放大和衰減、共模電平漂移選項，以及各種應(yīng)對模擬信號處理挑戰(zhàn)的其他功能來簡化系統(tǒng)設(shè)計。通過高阻抗輸入和可編程增益設(shè)計，可以連接提供單極、雙極、差分和單端輸出的各種傳感器。此外，也可以滿足漂移、偏置、線性度、SNR和共模抑制等要求。通過這種方式，可以輕松實現(xiàn)適用于極高精度要求應(yīng)用的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

AD8250

小型封裝：10引腳MSOP

可編程增益：1、2、5、10

增益設(shè)置：數(shù)字式或引腳可編程

寬電源電壓范圍：±5 V至±15 V

出色的直流性能
高共模抑制比(CMRR)：98 dB(最小值，G = 10)
低增益漂移：10 ppm/°C(最大值)
低失調(diào)漂移：1.7 μV/°C(最大值，G = 10)

出色的交流性能
0.001%快速建立時間：615 ns(最大值)
高壓擺率：20 V/μs(最小值)
低失真：?110 dB THD (1 kHz)
相對于頻率的高共模抑制比(CMRR)：
80 dB(50 kHz，最小值)
低噪聲：18 nV/√Hz(G = 10，最大值)
低功耗：4 mA