多通道数据采集系统

够高的截止频率，9.3ksamples/s的采样速率就可以了。(在本培训课程的例子中采用了二阶Butterworth低通滤波器，其衰减特性为-12dB/倍频程，这对语音质量的音频信号来说已足够。)

称重传感器和体温传感器仅需要10ksps的采样速率。过采样可以提高分辨率，例如，以2.56ksps进行采样(系数为4⁴)可以有效地将分辨率增加到原来的4倍，因此这个采样速率对称重传感器而言是有效的。这种分析基于连续逼近寄存器(SAR)转换器，它允许每个通道均以9.3ksps的速率进行采样。这样，系统对采样速率的要求就会提高到原来的4倍，即37.2ksps(图6)。

图6：基于SAR ADC的设计使每个通道都具有相同的时序。

也可以采用带四个差分输入的Δ-Σ转换器，但它并不是对所有通道都采用相同的时序，而是有必要降低体温和称重传感器通道的采样速率，从而给音频和心率通道留出足够的采样速率。

采用Δ-Σ ADC有几个优势，比如，过采样以及随之降低的抗混叠要求可能消除SAR转换器所需要的抗混叠滤波功能。另外，由于转换器可以提供24位的分辨率，而系统仅使用4,096个左右的代码，所以Δ-Σ转换器完全不需要在转换器前面加设增益级。具有Δ-Σ转换器的设计可减少前端RC低通滤波器的抗混叠滤波器，并且称重传感器、热敏电阻和麦克风也不再需要增益元件。

图7：基于多路复用Δ-Σ ADC的设计需要对信号进行不同的处理。

IC选择：多通道ADC

时序建立好之后，下一步就是选择合适的ADC。为了使转换器的精度达到12位，无论转换器采用什么样的架构，每个通道的信噪比+失真(SINAD)性能都必须至少为70dB，这是因为有效位数=(SINAD+1.76)/6.02。

积分非线性(INL)应小于1LSB，以便为所有四个通道提供信号。为了使用于培训课程的设计具有成本效益，选择具有较宽满量程输入范围(0～4.096V)的器件。

图8：所有设计都包括一个外部电压基准。

IC选择：电压基准

无论最终设计采用内置多路复用器的ADC，还是采用4个独立的ADC通道，精确的基准电压对ADC和传感器的供电来说都是必需的。在许多案例中，这可能意味着系统需要分离的电压基准(图8)。

IC选择：分离的IC器件(多路复用器)

分析实现一个带有分离的输入多路复用器、信号调节放大器和ADC的相同的四通道设计的成本很有意义。四通道多路复用器所需的特性包括：低导通电阻、声明"芯片使能"信号之后的延迟时间为0.37µs、误差为施加信号的0.01%时的稳定时间少于1.85µs(图9)。

图9：单通道SAR的稳定时间小于1.85µs。

IC选择：分离的IC(放大器)

用于信号调节的每个放大器都需要接受分别来自称重传感器和体温传感器、光学心率传感器以及麦克风的14.1mV、20mV和85mV左右的输入电压摆幅。对除音频之外的所有通道来说，800Hz是可接受的带宽。当然，音频通道要求带宽为4kHz。其它令人满意的技术规格还包括低输入偏置和噪声。

时序要求决定了稳定时间，这是一个至关重要的考虑因素。(功率放大器数据表中的稳定时间是指输出端稳定在满量程的±1/2 LSB内所用的时间。一个12位系统将要求稳定后误差在满量程为4096个刻度的半个刻度内，即0.01%。在采用正交SAR ADC的设计案例中，转换之后必需的等待时间(18.5µs)决定了稳定时间。

设计要求放大器的带宽大于800kHz，0.01%稳定时间小于1.85ms，失调电压低于0.5mV，输出摆幅小于10mV。(输出摆幅规格定义了放大器的输出与电源电压轨的接近程度。对于电源电压V_DD等于5V，满量程输出等于4.096V放大器来说，4mV输出摆幅是必需的。)

在培训示例中，需要认真选择放大器，使放大器的输出摆幅应尽可能接近电压轨。但是，这并非是最重要的考虑因素。应该首先排除没有合适带宽的放大器，然后再考虑输出摆幅。带宽和稳定时间是最重要的选择标准。

IC选择：独立器件(ADC)

ADC是最后要选择的器件。采用类似