适用于IEPE传感器的24位数据采集系统

功耗测量

功耗测量直接从3.3 V和IOREF供电轨进行。因此，功耗测量包括电源解决方案元件本身的贡献。

由于恒流源，流向26 V供电轨的电流是恒定的，不会随ADC设置而变化。

系统其余部分的功耗在ADC的不同工作模式下进行了测量。信号链输入端放置了一个1 kΩ负载电阻，以为恒流源流出的电流提供一条路径，并在AD8605的输入端保持直流偏置。

功耗

ADC上影响功耗的最重要寄存器设置为

●   电源模式

●   MCLK分频器

●   MCLK频率

●   滤波器类型

●   滤波器抽取率

●   VCM引脚输出分压器

●   模拟输入预充电缓冲器

●   基准电压缓冲

●   通用输入/输出(GPIO)

系统默认配置

对于ADC设置，针对窄带宽测量的系统默认配置如下：

●   MCLK分频器：MCLK/16

●   功耗模式：低功耗模式

●   FIR滤波器，抽取率超过32

●   VCM引脚输出：(AVSS − AVDD)/2

●   基准电压(REF)缓冲器：预充电开启

●   模拟输入(AIN)缓冲器：预充电开启

●   MCLK频率为16.384 MHz

●   使能FDA，低功耗模式

●   使能DAC缓冲器

●   DAC输出设置为半量程

该参考设计中包含的大多数测量均使用系统默认配置。

表7 各种数据速率下的功耗

¹FDA处于全功率模式。

²FDA处于低功耗模式。

AD7768-1上的模拟输入和基准电压输入缓冲器设置为预充电模式。ADA4945-1 FDA设置为低功耗模式。在全功率模式下，FDA可以提供更宽的带宽和更好的线性度性能。但是，由于此设计的目标带宽小于50 kHz，因此低功耗模式就够了。通过使能AD7768-1内部预充电缓冲器，可以实现更好的线性度和噪声性能，而不会显著增加系统功耗。有关匹配驱动器放大器以及使用AD7768系列的输入缓冲选项的更多信息，参见应用笔记AN-1384。

常见变化

对于更高通道数的系统，多通道AD7768和AD7768-4是AD7768-1的合适替代产品。ADC的噪声和线性度与AD7768-1相似，但这些器件的优势是可在单个芯片中提供多达8个同步通道，从而简化多通道IEPE DAQ设计的实现。

其他可以考虑用于振动和状态监控信号链的ADC有AD4000、AD4002和AD7380。

ADA4610-1适用于第一级信号调理和电平转换，但需要更高的电源电压才能正常工作。ADA4807-1和ADA4940-1是ADC输入抗混叠滤波器和驱动器级的替代产品。

ADAQ7980/ADAQ7988是16位ADC μModule®数据采集系统，ADC和ADC驱动器级以及最关键的无源元件均被集成到系统级封装(SiP)设计中。建议在尺寸或实现的简易性更为关键的场合使用这些器件。

这些方案允许根据性能（噪声或线性度）、解决方案尺寸和成本来选择信号链元件。

电路评估与测试

下面概述CN-0540电路设计的测试程序和结果的收集。有关硬件和软件设置的完整详细信息，参见CN-0540用户指南。

设备要求

需要以下设备：

●   EVAL-CN0540-ARDZ参考设计板

●   Terasic DE10-Nano FPGA

●   带有CN-0540参考软件的FPGA Linux镜像

●   带有高清多媒体接口(HDMI®)端口的显示器

●   HDMI转HDMI电缆

●   带有USB加密狗的无线键盘和鼠标

●   USB on-the-go (OTG)电缆（micro USB转USB）

●   精密交流电源（例如，Brüel＆Kjær AP2700或类似精密正弦波发生器）

●   带BNC和SMA终端的同轴电缆

图16 CN-0540参考设计板的3D渲染图

开始使用

基本测试设置要求将EVAL-CN0540-ARDZ板插入支持的FGPA载板。载板需要为EVAL-CN0540-ARDZ板供电、运行嵌入式Linux镜像、捕获数据并显示数据。该软件可从ADI公司网站获得，其支持Terasic DE10-Nano和类似的Arduino兼容FPGA载板。

图17 设置框图

要测试该板的基本功能，请将精密高质量正弦波或任意波形发生器连接到EVAL-CN0540-ARDZ板的模拟输入连接器。

分步说明如下：

1.插入Arduino接头，将EVAL-CN0540-ARDZ评估板安装到载板上(Terasic DE10-Nano)，如图18所示。

图18 EVAL-CN0540-ARDZ安装在Terasic DE10-Nano载板上

2.将同轴电缆的BNC端连接到信号源单端或不平衡输出，另一端连接到EVAL-CN0540-ARDZ模拟输入SMA连接器（参见图19）。

图19 同轴电缆连接到CN-0540模拟输入连接器的特写照片

3.将ADI FPGA Linux镜像加载到micro SD卡上。

4.配置micro SD卡以对CN-0540和载板使用正确的文件。

5.将HDMI电缆从Terasic DE10-Nano连接到显示器。

6.将USB OTG电缆连接到Terasic DE10-Nano上的micro USB端口，然后插入无线鼠标/键盘的USB加密狗。

7.使用所提供的电源，将管式插孔连接到DE10-Nano，然后接通Terasic DE10-Nano电源开关。

8.按照如下步骤开启正弦或任意波形发生器的电源：

a.将信号类型设置为正弦波。

b.在1 kHz下将电平设置为1 V p-p。

c.使能输出。

9.运行该软件并捕获生成的ADC数据和FFT数据。

图20和图21中的两幅图显示了按照步骤1至步骤9所述进行配置时载卡的预期典型捕获结果。图20显示了ADC捕获数据的时域视图，说明了多个样本的预期幅度。

图20 时域数据

图21显示了经过处理后显示为频域FFT图的相同数据。

图21 所捕获数据的FFT

有关硬件和软件设置的更多信息，请参阅CN-0540用户指南以了解详情。

压电加速度计传感器结果

为了实现合理的噪声测量，必须让压电加速度计保持稳定——要么使用主动振动台来抵消环境振动，要么将其固定在大型物体上以减少从环境中拾取的振动。在压电加速度计直接连到信号链输入端的场合，使用了固定到大型物体的方法。所用传感器为Piezotronics PCB 333B52型3 kHz传感器。

图22显示了连接传感器时获得的FFT的比较性能图。系统的噪声主要由传感器信号决定。

图22 连接有无源稳定压电传感器的直流耦合解决方案的FFT

了解更多

CN0540用户指南

ADC驱动器工具

MS-2066技术文章，传感器电路的低噪声信号调理

AN-1384：驱动放大器与

AD7768/AD7768-4或AD7768-1配合使用

数据手册和评估板

CN-0540电路评估板(EVAL-CN0540-ARDZ)

LT3092数据手册

LT3092EDD演示板

AD8605数据手册

ADA4945-1数据手册

ADA4945-1评估板

AD7768-1数据手册

AD7768-1评估板

LTC2606数据手册

LTC2606 DAC演示板

ADA4807-1数据手册

ADR4540 Data Sheet

ADR4540数据手册

ADA4807-2数据手册

LTC3459数据手册

LT3494数据手册

LT3008数据手册

ADP7118数据手册

ADP7118评估板

I2C指最初由Philips Semiconductors（现为NXP Semiconductors）开发的一种通信协议。

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