ADI实验室电路:超低功耗数据采集系统

电路功能与优势

图1中的电路是超低功耗数据采集系统，使用了 AD7091R 12位、1 MSPS SAR ADC和 AD8031 运算放大器驱动器，电路的总功耗低于5 mW，采用3 V单电源供电。

所选器件的低功耗和小封装尺寸使得这种组合成为业界领先的便携式电池供电系统解决方案，在这种系统中功耗、成本和尺寸极为关键。

当VDD引脚为3 V时， AD7091R的电源电流典型值仅为350μA，远低于目前市场上的任何ADC竞争产品。这意味着典型功耗约为1 mW。

AD8031仅需800μA的电源电流，电源电压为3 V时的典型功耗为2.4 mW，在10 kHz模拟输入信号下以1 MSPS的速率进行采样时，系统总功耗低于5 mW。

图1. 集成驱动器的12位、1 MSPS低功耗ADC（原理示意图：未显示所有连接）

电路描述

针对模拟信号，大多数SAR ADC需要合适的输入缓冲器以获得最佳性能。当内部采样保持开关从保持切换到采样时，缓冲器可将信号源与ADC输入产生的瞬变相互隔离。驱动ADC的缓冲器必须从该瞬变中恢复，并在ADC采集时间之内建立至所需精度。这在信号源具有高阻抗，并且低失真和高信噪比极为关键的应用中尤为重要。因此，选择合适的缓冲器运算放大器便成为该设计中极为重要的一个环节。

AD7091R是一款12位、快速、超低功耗、单电源供电ADC，集成2.5 V内部基准电压源。该器件可采用2.7V至5.25V电源供电。AD7091R的吞吐速率可达1MSPS。当输入信号为10kHz、采样速率为1MSPS时，该器件的总功耗约为2.3 mW。

在无需1MSPS采样频率的应用中，这一数字将下降，因为AD7091R的功耗与吞吐速率成正比，如表1所示。

可通过降低转换器的吞吐速率而进一步降低功耗。表1显示当电源为3 V且器件工作在普通模式下，AD7091R的典型功耗与吞吐速率的关系。

表1表示激活关断模式后可减少的功耗。当 AD7091R工作在较低的吞吐速率时，关断模式对于大幅度降低电源需求极为有效。

AD7091R采用小型3 mm×2 mm、10引脚LFCSP或3 mm ×5 mm、10引脚MSOP封装。两款封装与同类竞争解决方案相比，大幅度节省了空间。

AD8031是一款低功耗轨到轨输入/输出运算放大器，是非常适合 AD7091R的驱动放大器。 AD8031采用2.7V至1 V电源供电，支持通过一个供电轨驱动两个IC。AD8031带宽为80MHz，压摆率为30V/μs，达到0.1%精度的建立时间为125 ns。

当采用单电源工作时，AD8031的输出可达负供电轨的20mV以内。若需要0V输入下的线性度，则AD8031需要一个额外的负电源（参考指南MT-035）。

图1显示了简化电路图。使用100 nF和10μF陶瓷电容可对IC电源引脚实现良好的接地去耦。将这些电容放置于尽可能靠近两个IC的电源引脚的位置。