集成PGIA、用于工业级信号的低功耗、多通道数据采集系统

而V/V实际增益可以通过从理想增益中减去该误差而计算得到。

表5.所有增益配置的增益误差测量

无通道切换情况下的性能结果

图10、图11、图12和图13显示了10 kHz满量程正弦波输入在单通道上的FFT曲线，增益配置分别为0.4、0.8、1.6和3.2。表6显示各增益配置下测得的SNR和rms噪声。

表6.SNR、噪声和THD与增益的关系(10 kHz输入)

输入信号由Audio Precision SYS-2700串联信号发生器提供，电路板设为差分输入模式。图14显示了各增益配置下总谐波失真(THD)测量值与输入信号频率的关系。这些结果与AD8251数据手册中的THD典型性能特性相吻合。

　　图10.FFT(10 kHz、20 V p-p输入，增益 = 0.4，单个静态通道)

　　图11.FFT(10 kHz、10 V p-p输入，增益 = 0.8，单个静态通道)

　　图12.FFT(10 kHz、5 V p-p输入，增益 = 1.6，单个静态通道)

　　图13.FFT(10 kHz、2.5 V p-p输入，增益 = 3.2，单个静态通道)

　　图14.各种输入频率下的THD测量值(单个静态通道)

　　带通道切换的系统性能

执行多项测试，以便评估系统扫描多个通道时的性能。使用精密直流源进行实验，测量相对于采样速率的输出码误差(类似测试请参见电路笔记CN-0269)以及通道间的电压步长。另外还测量在两个反相满量程输入间切换时的交流性能，信号采用精密交流源(Audio Precision AP SYS 2712)。

图15和图16分别显示直流和交流性能测试的测试设置。通道切换速率是ADG1207从一个通道切换到另一个通道的速率，等效于AD7982的采样速率。

　　图15.使用直流校准器的建立时间评估设置

　　图16.使用交流信号发生器的建立时间评估设置

在直流测试中，两个通道之间的电压步长以及通道切换速率会发生改变。通道切换速率范围为50 kHz至1 MHz，以50 kHz为增量。各增益配置下的电压步长在不同范围内均有所不同。测量各通道在各种电压步长/通道切换速率下的平均码结果，对每个通道上的8,192个样本求平均值。此外还测量各通道在静止情况下(无通道间切换)的平均码结果。下文讨论的平均码误差由静止情况下和通道切换情况下测得的平均码之差得来。

图17、图18、图19和图20显示了四种增益配置以及多种切换速率下，不同电压步长的平均码误差。图21、图22、图23和图24显示了四种增益配置以及多种切换速率下，满量程电压步长的平均码误差。

　　图17.平均码误差与电压步长的关系(增益 = 0.4)

　　图18.平均码误差与电压步长的关系(增益 = 0.8)

　　图19.平均码误差与电压步长的关系(增益 = 1.6)

　　图20.平均码误差与电压步长的关系(增益 = 3.2)

　　图21.平均码误差与通道切换速率的关系(满量程输入阶跃，增益 = 0.4)

　　图22.平均码误差与通道切换速率的关系(满量程输入阶跃，增益 = 0.8)

　　图23.平均码误差与通道切换速率的关系(满量程输入阶跃，增益 = 1.6)

　　图24.平均码误差与通道切换速率的关系(满量程输入阶跃，增益 = 3.2)

平均码误差随电压步长和通道切换速率的增加而增加。这是因为信号链上的元件兼具压摆和建立时间限制。增加步长可强制系统建立更大的电压变化，而增加通道切换速率可降低系统为这些变化分配的建立时间。当步长和切换速率足够高的时候，平均码误差变大且无法预测，就像增益配置为0.4的情况(参见图17和图21)。这是由于AD8251仪表放大器中输入缓冲放大器的压摆率限制而导致的。

使用交流源时，通过将系统的THD与通道切换速率进行对比来评估系统的性能。AP SYS-2712能为一个通道提供满量程正弦波输入，为另一个通道提供反相正弦波。在不同采样速率下测量THD，范围从50 kSPS到1 MSPS，增量为50 kSPS。图25显示了各种增益配置下每一个通道的THD测量值。

　　图25.THD与ADG1207通道切换速率的关系(1 kHz满量程输入)

系统的THD性能大约在750 kSPS时开始下降(具体取决于增益配置)。这有点接近“建立时间分析”章节中对预期最大系统采样速率的计算值(770 kSPS)。

　　功耗结果

图26显示了图1中电路的功耗，它是各增益配置下通道切换速率/系统采样速率的函数。为了最大化各元件对功耗的要求，将两个不同相位的满量程正弦波输入信号施加于系统的奇数和偶数通道上，这样保证放大器的输出持续受到激励和压摆，并且AD7982具有宽范围输出码。

　　图26.系统总功耗与系统采样速率的关系

AD8251和AD8475的功耗随通道切换速率而上升。这是因为它们在