5V单电源8通道数据采集系统电路-电路图讲解

　电路功能与优势：图1所示电路是一款高度集成、16位、1 MSPS、多路复用、8通道、灵活的数字采集系统（DAS），集成可编程增益仪表放大器（PGIA），能够处理全范围工业级信号。+5 V单电源为电路供电，高效率、低纹波升压转换器产生±15 V电压，可处理最高±24.576 V的差分输入信号（±2 LSB INL最大值、±0.5 LSB DN

光电耦合器

　电路功能与优势：图1所示电路是一款高度集成、16位、1 MSPS、多路复用、8通道、灵活的数字采集系统（DAS），集成可编程增益仪表放大器（PGIA），能够处理全范围工业级信号。+5 V单电源为电路供电，高效率、低纹波升压转换器产生±15 V电压，可处理最高±24.576 V的差分输入信号（±2 LSB INL最大值、±0.5 LSB DNL典型值）。对于高精度应用，这款紧凑、经济型电路可以提供高精度和低噪声性能。基于逐次逼近寄存器（SAR）的数据采集系统集成真正的高阻抗差分输入缓冲器，因此无需额外缓冲；缓冲通常用来减少基于容性数模转换器（DAC）的SAR模数转换器（ADC）产生的反冲。此外，该电路具有高共模抑制，无需外部仪表放大器；而通常存在共模信号的应用中需要用到仪表放大器。

　　ADAS3022是完整的16位、1 MSPS数据采集系统，集成如下器件：一个8通道、低泄漏多路复用器；一个具有高共模抑制的可编程增益仪表放大器级；一个精密低漂移4.096 V基准电压源；一个基准电压缓冲器；以及一个高性能、无延迟、16位SAR ADC.ADAS3022在每个转换周期结束时降低功耗，因此，工作电流和功耗与吞吐率成线性比例关系，使其成为低采样速率电池供电应用的理想选择。ADAS3022集成8路输入和1路COM输入；该COM输入可配置为8路单端通道、参考同一基准电压的8路通道、4路差分通道或单端和差分通道的不同组合。图1所示电路中，经AD8031运算放大器缓冲后的ADR434低噪声基准电压源提供参考电压。AD8031能够以快速恢复的方式驱动动态负载，因此非常适合用作参考缓冲器。
　　ADP1613是一款DC-DC升压转换器，集成电源开关，在不影响ADAS3022性能的情况下为ADAS3022提供片内输入多路复用器以及可编程增益仪表放大器所需的±15 V高压电源。本电路采用ADAS3022、ADP1613、ADR434和AD8031精密器件的组合，可同时提供高精度和低噪声性能。
　　电路描述：首款单芯片上完整的DAS,能够以最高1 MSPS的速率进行转换，并接受最高±24.576 V的差分模拟输入信号。该器件需使用高压双极性电源：±15 V（VDDH和VSSH）、+5 V（AVDD和DVDD）、以及+1.8 V至+5 V （VIO）。ADAS3022无需使用标准解决方案中的信号缓冲、电平转换、放大、噪声抑制以及其它模拟信号调理，简化了精密16位、1 MSPS DAS的设计难题。此外，ADAS3022以更高的数据速率、更小的尺寸、更快的产品上市时间、以及更低的价格，提供更佳的时序和噪声性能。
　　ADAS3022部集成PGIA,可设置增益为0.16、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2和6.4,并且它能够处理的全差分输入范围分别为±24.576 V、±20.48 V、±10.24 V、±5.12 V、±2.56 V、±1.28 V和±0.64 V.输入范围参考内部4.096 V基准电压源。相对于COM引脚上的输入电压，它可测量伪差分、单极性和双极性的输入范围。图1所示电路中，外部基准电压由4.096 V ADR434提供。ADR434具有高精度、低功耗（工作电流为800 ?A）、低噪声、±0.12%最大初始误差以及出色的温度稳定性等特性。无论在具有高带宽要求的电池供电系统中，还是元件密度高且要求较低功耗的高速系统中，用于缓冲外部基准电压的AD8032低功耗运算放大器都是理想的选择。ADAS3022数字接口由异步输入（CNV、RESET、PD和BUSY）以及兼容SPI、FPGA或DSP用于回读转换结果回读和编程配置寄存器的4线式串行接口（CS、SDO、SCK和DIN）组成。

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以太网是应用最广的联网技术，它以可靠性高、媒体信息量大、易于扩展和更新等优点，在企业、学校等领域得到广泛的应用。根据IEEE802.3 Ethernet标准规范，以太网每段同轴电缆长度不得超过500m，通过中继器互联后，网络最大距离也不得超过2.8km。在这种情况下，利用激光无线通信技术，超越以太网的地域限制，满足数据通信的需要，具有很强的应用价值。 调制驱动电路设计 图6是调制驱动电路图，主要由

光电耦合器

以太网是应用最广的联网技术，它以可靠性高、媒体信息量大、易于扩展和更新等优点，在企业、学校等领域得到广泛的应用。根据IEEE802.3 Ethernet标准规范，以太网每段同轴电缆长度不得超过500m，通过中继器互联后，网络最大距离也不得超过2.8km。在这种情况下，利用激光无线通信技术，超越以太网的地域限制，满足数据通信的需要，具有很强的应用价值。
调制驱动电路设计
图6是调制驱动电路图，主要由MAXIM公司的155MHz的 MAX3263芯片和内部带有监视二极管的激光器LD构成。MAX3263内部的主偏置电源提供温度补偿偏置和参考电压输出Vref1和Vref2，通过电阻R25、R26、R27和R28对内部的高速调制驱动电路、激光器和监视二极管进行编程。MAX3263的输出电流都被内部的镜像电流源控制，这些镜像电流源都有2Vbe的结温漂移，参考电压设置在2Vbe时，结温漂移可以被抵消。选择电阻R28以调节激光器静态偏置电流Ibo，使Ibo略小于激光器的阈值电流，以使激光器的输出具有良好的消光比。LD内部的监视二极管将光强变化转换为电流Ipin，经内部变换产生反馈电流Ibs，通过公式 Ibo=40（Ib+Ibs），将激光器的光强变化转换成偏置电流的一部分，反馈作用于激光器，保证输出稳定的光功率。输入的差分PECL信号RD、由内部的高速输入缓冲和共射极差分输出组成的调制器调制，调制电流的大小由R26确定的电流Im决定。选择R26的大小，使激光器有适当的调制电流，输出足够的光功率，并具有良好的消光比。同时应使OUT+、OUT-端的电压在2.2V以上，以防激光器饱和。 

接收解调电路设计 

图7是接收解调电路图，由MAX3963和MAX3964(＄2.2766)配以必要的外围器件组成。155MHz的低噪声芯片MAX3963组成前置放大器，其内部包含一个跨阻前置放大器和一个带射极跟随输出的倒相放大器，并集成了22kΩ的跨阻，可将PIN接收的微弱光电流转换成差分输出电压。266MHz的 MAX3964(＄2.2766)组成后级放大调理电路。其内部有4个限幅放大器组成的串行功率检测器，每个限幅放大器都有一个全波对数检测器，用以检测输入信号功率的大小。4个检测结果在Filter端加在一起，通过电容C25进行滤波。电阻R30、R31、内部的1.2V参考电源和无光比较器共同构成阈值设置和噪声抑制功能。取R30=100kΩ，R31可用100kΩ的电位器调节，则VTR在1.2～2.4V间变化。当输入信号幅值大于VTR时，输出稳定的PECL 电平信号；当输入信号幅值小于VTR时，数据输出端OUT+输出高电平，OUT-输出低电平，所有的限幅放大器拒绝接收输入信号，并且后级放大器输出无光告警PECL信号LOS+。

由于图6和图7中的主芯片均在155MHz以上，因此由这两个电路组成收发电路，进行精心的参数选择和PCB设计，可应用于高速的光通信场合。 5 系统测试在所设计的各个部分的基础上，将它们连接起来，在没有光学天线的条件下，成功地进行了室内的以太网激光无线通信的实验。现正完善系统，并准备将其应用于光网络。

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