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簡介

電路設計充滿挑戰，即便是最富經驗的工程師也難免遭遇困惑與阻礙。《電路設計常見問題解答》是ADI精心籌備的一份實用指南，力求為您鋪設一條清晰的學習與實踐之路。

Q1：設計雙極性輸入、全差分輸出 ADC 驅動器時需要考慮什么？

大多數 ADC 驅動器電路既需要正電源電壓，也需要負電源電壓，并且其電源電壓超過 ADC 的輸入范圍。此要求是為了確保輸入和輸出級具有足夠的裕量擺幅。有時候，由于預算或空間約束，無法同時擁有正負供電軌。為了解決這個問題，我們將介紹需要采取哪些步驟來設計雙極性輸入、全差分輸出 ADC 驅動器，同時確保達到所需的噪聲和失真性能。

Q1：RTD 傳感器的 ADC 模擬前端(AFE)

工業中的一個常見做法是為特定應用需要的各種傳感器使用一個通用 ADC，然后為每種傳感器開發一個獨特的模擬前端(AFE)。本節將重點介紹 3 線 RTD 的 AFE，它適用于多種材料類型的 RTD。

AFE 的詳細原理圖

Q2：雙極性輸入到單極性輸出的信號調理

ADC 的輸入通常是單極性信號，其擺幅為從地到正滿量程。對于在正負滿量程之間擺動的雙極性信號，需要一個電路驅動器將其轉換并壓縮到 ADC 輸入的單極性范圍。典型的運放式 ADC 驅動器的調整電路需要基準電壓、分壓器電阻和運放電源電壓。

通過調整和電平轉換實現雙極性到單極性轉換

本節介紹了針對給定偏置電壓 Vref 值進行調整和電平轉換的一般步驟。文中給出了利用調整電阻一步一步計算電阻和電容值的指南，并解決了一個示例設計問題。

Q1：如何設計跨阻放大器電路以測量不同尿酸濃度樣本

本節提供了解決與跨阻放大器(TIA)設計相關的特定設計挑戰的分步指南。如圖所示 TIA 電路在近紅外光強度轉電流的應用中用作模擬前端。這篇通過舉例來闡明的電路設計常見問題解答將聚焦于不同尿酸濃度樣本的測量。

光電二極管 TIA 前端電路設計

Q2：為 15Msps 18 位 ADC 設計輸入驅動器時應該考慮哪些因素

ADC 驅動器是數據采集信號鏈設計的關鍵構建模塊。ADC驅動器用于執行許多關鍵功能，如輸入信號幅度調整、單端至差分轉換、消除共模偏移，并經常用于實現濾波。本節電路討論了如何從單端輸入信號產生經調整的差分輸出信號，并對信號進行電平轉換以確保其滿足 ADC 滿量程的性能需求。

Q1：如何利用間接電流模式儀表放大器放大具有大直流偏移的交流信號

在電磁流量計和生物電測量等應用中，小差分信號與大得多的差分偏移串聯。這些偏移通常會限制電路在前端設計中可以獲得的增益，進而影響整體動態范圍。當使用較低電源電壓時，例如在電池供電的信號鏈中，挑戰的難度更大。應對該挑戰的一種方案是使用交流耦合測量信號鏈。典型的交流耦合信號鏈包括一個低增益儀表放大器，其后是一個高通濾波器和額外的增益級。在大多數應用中，最好在第一級獲得盡可能多的增益，因為這有助于改善信號鏈中其他增益級的 RTI（折合到輸入端）噪聲。本節電路設計筆記將介紹間接電流模式儀表放大器架構的設計和實施，從而在一級中實現高增益和交流耦合。

采用間接電流模式架構的交流耦合信號調理電路

Q2：如何放大具有大直流偏移的交流信號

在電磁流量計或生物電測量等應用中，小差分信號與大得多的差分偏移串聯。這些偏移通常會限制您在前端可以獲取的增益，降低整體動態范圍，尤其是在使用電池供電的較低電源電壓的信號鏈上。本節指南將幫助您設計一個低功耗、交流耦合信號調理電路，該電路既能抑制大偏移電壓，又能放大小的差分信號。此外，本指南將有助于圍繞高通濾波器的增益級的劃分以及噪聲考慮因素。

電池供電的交流耦合信號調理電路

Q3：如何設計采用Sallen-Key濾波器的抗混疊架構

在任何采樣系統中，例如涉及 ADC 的測量系統中，有一種稱為混疊的現象，它可能導致處于較高頻帶的信號“向下折疊”到奈奎斯特頻帶，使其與目標信號無法區分。奈奎斯特頻率是采樣速率 fs 的一半。由 ADC 采樣的電路帶寬應小于采樣速率的一半。混疊會導致干擾信號和噪聲污染輸出，從而影響測量精度。

有些應用依賴頻域中的數據分析，例如狀態監控、預防性維護、電力質量監控和被動聲納，對于這些應用中使用的測量系統，混疊是一個特別的問題。這些系統通常支持寬帶寬數據采集，能夠處理頻域中的振動、功率和聲學等信號，并根據信號音和諧波的特征做出決策。監控的性質要求使它們對頻譜干擾特別敏感。低通濾波器是這些測量系統中的信號鏈設計的重要組成部分，有助于防止帶外信號和噪聲折疊到目標信號帶寬中。