[發明專利]一種高性能低功耗數據采集系統

在審

• 申請號: 201711050717.7
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107592113A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 莊安琪
• 申請（專利權）人: 四川金英科技有限責任公司
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12;H03M1/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙)51218
• 代理人: 袁英

1.一種高性能低功耗數據采集系統，其特征在于，它包括數模轉換器、第一運算放大器、第二運算放大器、基準電壓源、外部電源、無源元件，所述基準電壓源與所述第一運算放大器電連接，所述數模轉換器分別與所述外部電源、第一運算放大器、第二運算放大器電連接，所述無源元件可在無外加電源條件下，顯示其電子特性。

2.一種如權利要求1所述高性能低功耗數據采集系統，其特征在于，所述數模轉換器采用16位、低功耗、單電源AD7981，并使用逐次逼近架構，最高支持600ksps的采樣速率，所述數模轉換器的輸入可直接從低阻抗信號源驅動；所述數模轉換器在兩次轉換之間可自動關斷以節省功耗，則使得所述數模轉換器的功耗和采樣速率成線性比例關系，從而使得所述數模轉換器對高低采樣速率均適用，并且可實現非常低的功耗，支持電池供電系統，此外，可以使用過采樣技術來提高低速信號的有效分辨率。

3.一種如權利要求1所述高性能低功耗數據采集系統，其特征在于，所述運算放大器用以驅動所述數模轉換器輸入，采用一種型號為AD8634的運算放大器，可解決高源阻抗使得所述數模轉換器的性能降低，尤其是總諧波失真的問題。

4.一種如權利要求1所述高性能低功耗數據采集系統，其特征在于，所述基準電壓源采用型號為ADR225電源為第一運算放大器供電，其初始精度為±0.4%，可在3.3V至16V的寬電源范圍內工作。

5.一種如權利要求1所述高性能低功耗數據采集系統，其特征在于，所述數模轉換器提供一個兼容SPI、QSPI和其他數字主控機的靈活串行數字接口，所述接口既可配置為簡單的3線模式以實現最少的輸入/輸出數。

6.一種如權利要求1所述高性能低功耗數據采集系統，其特征在于，所述數據采集系統采用+5V和±2.5V供電軌需要外部低噪聲電源，由于AD7981是低功耗器件，可由基準電壓緩沖器直接供電，因而無需額外的供電軌，節省功耗和板空間。

7.一種如權利要求1所述高性能低功耗數據采集系統，其特征在于，所述數據采集系統中的175℃塑料封裝采用焊盤金屬化工藝產生，但受限于塑料材料的玻璃轉化溫度，塑料封裝的額定最高工作溫度僅為175℃。

8.一種如權利要求1所述高性能低功耗數據采集系統，其特征在于，所述無源元件使用175℃以上的薄膜型低TCR電阻，COG/NPO電容用于低值濾波器和去耦應用，其溫度系數非常平坦，所述電容采用耐高溫鉭電容比陶瓷電容有更大的容值。

9.一種如權利要求1所述高性能低功耗數據采集系統，其特征在于，所述數據采集系統PCB布局包括，模擬信號和數字接口位于ADC的相應兩側，IC之下或模擬信號路徑附近無開關信號，此設計可以最大程度地降低耦合到ADC芯片和輔助模擬信號鏈中的噪聲，AD7981的所有模擬信號位于左側，所有數字信號位于右側，這種引腳排列可以簡化設計，基準電壓輸入REF具有動態輸入阻抗，必須用極小的寄生電感去耦，為此須將基準電壓去耦放在盡量靠近REF和GND引腳的地方，并用低阻抗的寬走線連接該引腳，本電路板的元器件故意全都放在正面，以便從背面加熱進行溫度測試，針對高溫電路，使用聚酰亞胺作為PCB疊層使用材料，裝配選擇SAC305無鉛焊料，其熔點為217℃，相對于175℃的最高工作溫度有42℃的裕量。