當(dāng)設(shè)計模擬電路時，我們似乎會條件反射地深入研究電路中每個元器件的規(guī)格細(xì)節(jié)。這讓人感覺很有激情，但終的設(shè)計可能會受到功率因素的影響。本文說明了出現(xiàn)這種問題的原因，以及避免發(fā)生這種錯誤的方法。

    如果您正在開發(fā)超高精度的電路，并要對其進(jìn)行優(yōu)化以實現(xiàn)低延遲和快速建立，那么似乎就已拿到了電路設(shè)計行動指令。這時需要為這個高精度電路選擇那些能夠表現(xiàn)出低噪聲、較高速度的元器件，以保證延時得到控制。圖 1 就是適合這種類型電路的框圖。它包含了許多通過隔離柵傳遞模擬信號的元器件。

    圖 1：一個具有低延遲測量值的自適應(yīng)電壓/電流測量信號鏈。（圖片 Devices）
    鑒于這種方案的要求，市場上很快就出現(xiàn)了這種精密元器件細(xì)節(jié)說明。Analog Devices 的 ADG5421F 開關(guān)是一個具有 ±60 伏故障保護(hù)和檢測能力的 11 歐姆 (?) RON、雙刀單擲 (SPST) 開關(guān)。當(dāng)兩個輸入之間的差值超過電源時，該器件就會識別出來，并產(chǎn)生一個錯誤信息。
    增益級是 Analog Devices LTC6373，這是一個 36 伏的全差分、可編程增益儀表放大器。LTC6373 會將輸入傳感器信號增益放大至隨后相應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的電平。濾波器是一個單極分立電阻-電容 (R-C) 電路。這種濾波器執(zhí)行抗混疊功能，以衰減較高頻率的信號。
    模數(shù)轉(zhuǎn)換電路始于 Analog Devices ADA4896-2，這是一個雙路、低功耗、軌至軌輸出放大器。它充當(dāng) ADC 的激勵放大器。接下來是 Analog Devices 的 AD4630-24 24 位、每秒 2 兆采樣 (MSPS) 、雙通道逐次逼近寄存器 (SAR) ADC，它能以零延遲的方式進(jìn)行高精度轉(zhuǎn)換。
    ADC 的電壓基準(zhǔn)部分由 Analog Devices 的 LTC6655LN 和 Analog Devices 的 ADA4523-1BCPZ 組成，前者是一個具有 5 V 固定電壓輸出的串行電壓基準(zhǔn)，后者是一個零漂移放大器，在電壓基準(zhǔn)與 ADA4523 基準(zhǔn)輸入引腳之間形成一個緩沖。
    ，是 Analog Devices 的 ADuM14xE 數(shù)字隔離器，能對電路進(jìn)行隔離和進(jìn)一步保護(hù)。
    超越精密規(guī)格
    停一下?，F(xiàn)在想象一下，您現(xiàn)在就是您所在小組的模擬設(shè)計員。祝賀您：您已經(jīng)進(jìn)入了工程師的精英階層，盡管仍需要您不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)?？紤]到這一點，我相信您會允許我提供一些建議，這些建議您以前可能沒有聽過。首先，把您的模擬教程扔到一邊，考慮用一種不同的方式來解決一些基本問題，首先是電源系統(tǒng)、靜態(tài)電流、噪聲和精度。
    在我多年的模擬設(shè)計歷程中，這種技術(shù)往往在設(shè)計周期結(jié)束時才會想到。當(dāng)然，我經(jīng)歷了那種痛苦的重新進(jìn)行設(shè)計和完善的麻煩?，F(xiàn)在您不必經(jīng)歷這種痛苦了。
    而且很明顯的是，行業(yè)趨勢是向著更低功率耗散和更小幾何形狀發(fā)展的。幸運(yùn)的是，對我們來說，目前為止我們還沒有深入這種特定的設(shè)計，否則我們無法退一步看看電路的基本參數(shù)：供電電壓、靜態(tài)電流和電源抑制比 (PSRR)。
    我所建議的改變是，將電源解決方案作為信號鏈設(shè)計的一個關(guān)鍵價值主張來定制，只要不高于精度目標(biāo)，這種思路就與精度目標(biāo)同等?，F(xiàn)在的設(shè)計步驟和考慮如下：
    1、創(chuàng)建您的信號鏈框圖。
    2、在圖中選擇可能的元件。
    3、定義：
    · 供電電壓
    · 供電電流
    · PSRR
    如果您早期考慮電源規(guī)格時未與您的設(shè)計方案保持一致，那么設(shè)計復(fù)雜性就會大幅增加。這是由于增加了復(fù)雜的背景電源設(shè)計，隨之而來的是，會由于元件的靜態(tài)電流而導(dǎo)致功耗增加。結(jié)果如何？如果設(shè)計總體上不令人滿意，那么就可能要返工。
    因此，讓我們看看供電電壓、電流和 PSRR 預(yù)算。
    設(shè)計時要考慮到功率

    開關(guān)（或保護(hù)）和增益（或可編程儀表放大器）級需要更廣泛的供電電壓范圍，如 ±15 伏，以便為輸入傳感器提供充足的信號范圍。ADC 驅(qū)動器、基準(zhǔn)、基準(zhǔn)驅(qū)動器和隔離塊需要平均電源范圍，如 ±5 伏和 +5.5 伏，以適應(yīng)信號要求。，ADC 與控制器的數(shù)字接口需要較低的電壓，如 +1.8 伏，以保持低的整體功耗（表 1）。

    表 1：各個設(shè)備功率要求。（表格 Devices，由 Bonnie Baker 修改（針對電源））
    根據(jù)表 1，有三個正的模擬電源（15 伏、5.5 伏和 5 伏），三個正的數(shù)字電源（5 伏、5 伏和 1.8 伏），以及兩個負(fù)的模擬電源（-15 伏和 -5 伏）。表 1 中的數(shù)字指出了模擬和數(shù)字電源要求。ADA4896-2 在 PSRR 系統(tǒng)圖中占主導(dǎo)地位，產(chǎn)生的靜態(tài)功率為 487 毫瓦 (mW)：在性能下的功率。
    結(jié)語
    如圖所示，開關(guān)、放大器和 24 位 ADC（如 Analog Devices AD4630-24）的正確組合可以幫助您創(chuàng)建一個超高精度的系統(tǒng)，并優(yōu)化了快速建立和低延遲特征。然而，為了實現(xiàn)的整體性能，必須充分考慮到功率。ADG5421F、LTC6373、ADA4896-2、AD4630-24、LTC6655LN、ADA4523 和 ADuM14xE 結(jié)合在一起，可以形成一個可調(diào)的電壓/電流測量信號鏈，既滿足了低延遲測量的應(yīng)用要求，同時限度地降低了功耗，并形成一個理想的儀器儀表解決方案。