设计说明

此设计展示了一款能够在最大吞吐量下实现全面交流性能的数字隔离式高压 SAR ADC。此设计旨在用于通道间隔离式模拟输入模块，还可用于测量具有极大共模的信号。可编程逻辑控制器、模拟输入模块以及许多 4mA 至 20mA 信号应用都受益于此设计。有关这些应用的隔离式电源设计的详细信息，请参阅隔离式电源低噪声电路：5V、100mA。本指导手册包含设计文件链接。

此电路实施适用于模拟输入模块、心电图 (ECG)、脉动式血氧计 和临床患者监护仪 等应用。

规格

设计说明

1. 选择符合系统输入电压范围、采样速率和分辨率要求的 SAR ADC。元件选择 部分中介绍了该内容。
2. 选择符合所需的隔离规格并具有正确通道数量和通道方向的数字隔离器。元件选择 部分中介绍了该内容。
3. 安装用于电流输入的负载电阻器。此设计消除了由于通道间隔离而造成的任何输入共模限制。选择负载电阻器，使最大电流输入保持在 SAR ADC 的满标量程内。

元件选型

1. 选择符合系统输入电压范围、采样速率和分辨率要求的 SAR ADC：
   • 所需的输入范围：±12V
   • 所需的有效位数 (ENOB)：14 位
   • 所需的采样速率：100ksps
   • ADS8689 输入范围：±12.228V
   • ADS8689 ENOB：14.8 位
   • ADS8689 最大采样速率：100ksps
     注：

     很多 TI SAR ADC 都符合以上列出的规格。

2. 选择符合所需的隔离规格并具有正确双向通道数的数字隔离器：
   • TI 提供了额定隔离范围在 2.5kV_RMS 至 5.7kV_RMS 之间的数字隔离器。
   • 根据系统要求选择隔离额定值。
   • 对于标准的 SPI 接口，数字隔离器需要 4 个通道，其中 3 个通道在同一方向，另 1 个通道在相反方向。
   • ISO774x 是适用于 4 通道器件的数字隔离器系列，这些隔离器具有所有通道方向组合，并允许选择 2.5kV_RMS 或 5.0kV_RMS 的隔离额定值。
3. 了解数字隔离器对数字信号期望的延迟：
   • ISO7741 具有 10.7ns 的典型传播延迟（最大值为 16ns）。
   • 往返隔离延迟为 21.4ns（典型值）或 32ns（最大值）。
   • SCLK 运行在 6.66MHz 频率下，因此产生的周期为 150ns。
   • 典型的往返延迟为 SCLK 周期的 14%。
   • 最大的往返延迟为 SCLK 周期的 21%。
   注：

   来自隔离器的延迟会导致相对于 SCLK 的理想 SDO 读取与实际 SDO 读取之间出现延迟。此延迟是可以调整的，方法是增加一个 SCLK 返回信号，该信号将通过数字隔离器传输到所有对象以便在完全正确的时间读取 SDO。添加一个返回时钟需要用到另一个隔离通道。

TVS 二极管性能下降

此设计中使用了 14V 双向 TVS 二极管来保护 SAR ADC 的输入。由于增加了电容，TVS 二极管实际上会使总谐波失真 (THD) 性能降低。在安装了 TVS 二极管的情况下会发现 THD 比未安装情况下的相应值差大约 6dB。

设计中采用的器件

主要文件链接

德州仪器 (TI)，SBAA269 的源文件，软件支持。