模拟技术中的16位ADC提供19位分辨率的电路设计

许多数据采集系统都要求高精度和快速采集数据，以便允许该系统能够检测小信号并且能将更多的传感器通道*在同一系统。传感器通道越多，系统的外形就能够越小，成本和功耗也越低。远程光通信和医用设备（例如，CT扫描仪）即得益于快速和高精度的数据采集系统。在光功率系统（例如，激光泵）中，需要不断监视其功率水平。在这种数据采集系统中，对于需要≥90dB动态范围的输入激光功率，其激光控制环路响应时间要求具有1MSPS的采样率。在CT扫描仪中，数据采集系统必须具有16 b到22 b的分辨率，以便处理通过各种人体组织的宽动态范围的X射线信号。该系统需要大量的光检测器（较多的数据采集通道）和高精度数据采集以提高图像分 在模拟技术领域，实现高精度的数据采集是至关重要的，特别是在远程光通信、医用设备以及光功率监测等应用中。文章提到的“模拟技术中的16位ADC提供19位分辨率的电路设计”解决了这一问题，它通过巧妙的电路设计提高了ADC（模数转换器）的分辨率，以满足对小信号检测和高动态范围信号处理的需求。 16位ADC的常规性能限制在16位，但通过引入可编程增益放大器（PGA）可以在某些情况下实现接近19位的分辨率。PGA在ADC前端的作用是根据输入信号的大小调整放大倍数，这样即使微小的信号变化也能被准确捕捉。文章中提到的AD7677 ADC具有±15 ppm的满量程线性误差，而在PGA的帮助下，系统能够达到更高的相对精度。 图1展示了PGA增益设置与ADC精度的关系，当输入信号幅度较低时，系统可以实现19位的精度。这种设计特别适用于需要高动态范围和快速响应的系统，如CT扫描仪，其中数据采集系统需要处理从16位到22位的分辨率范围，以适应人体组织对X射线信号的广泛响应。 图2展示了整个电路设计，包括模拟多路复用器（IC4）、比较器（IC1）、前置放大器（IC6、IC7）和ADC（AD7677）。模拟多路复用器允许在不同通道间切换，以增加系统集成度，同时降低系统尺寸、成本和功耗。多路复用器的校准输入端口简化了失调电压和增益误差的校准过程。比较器（如AD8561）的快速响应时间确保了增益设置的及时调整，而自动增益范围设置功能则防止了信号饱和或嵌位，进一步提高了精度。 此外，运算放大器AD8021因其高速、高精度和低噪声特性，在这个设计中扮演关键角色，其高增益带宽乘积确保了快速稳定的信号处理。整个系统设计能够在维持1MSPS采样率的同时，提升到19位精度，实现了快速数据采集和高精度测量的平衡。 16位ADC通过集成PGA并优化整个数据采集链路，成功地提供了19位分辨率的性能，这对于那些需要极高精度和快速响应的系统，如光通信、医疗成像和精密光学功率监控，具有重大意义。这种设计方法为解决高精度模拟信号转换提供了新的思路，为未来高分辨率、高速度的模拟数据采集系统奠定了基础。