一种高性能低功耗数据采集系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高性能低功耗数据采集系统，它包括模数转换器、第一运算放大器、第二运算放大器、基准电压源、外部电源、无源元件，所述基准电压源与所述第一运算放大器电连接，所述模数转换器分别与所述外部电源、第一运算放大器、第二运算放大器电连接，所述无源元件可在无外加电源条件下，显示其电子特性。本发明专利技术提高了数据采集系统在高温环境中运行的稳定性，准确性。

A high performance and low power data acquisition system

The invention discloses a high performance low power data acquisition system, which comprises an analog-to-digital converter, a first operational amplifier, a second operational amplifier, a reference voltage source, external power supply, passive components, the reference voltage source and the first operational amplifier is electrically connected to the analog-to-digital converter are respectively connected with the external power supply, the first operation amplifier, second operational amplifier is electrically connected to the passive components can be under no external power condition, display its electronic properties. The invention improves the stability and accuracy of the data acquisition system operating in a high temperature environment.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能低功耗数据采集系统
本专利技术涉及数据采集领域，尤其涉及一种高性能低功耗数据采集系统。
技术介绍
我国中小容量机组(200MW及以下)在火电厂中占相当大的比例，这些机组的监控模式为模拟控制系统加以常规仪表为主的数据采集系统。这种监控模式存在着检修维护工作量大、没有可靠的历史记录等缺点。而且常规模拟仪表也进入老化淘汰期，设备可靠性明显降低，某些仪表的备品备件也得不到保障，越来越多的应用要求数据采集系统必须在极高环境温度下可靠地工作，例如井下油气钻探、航空和汽车应用等。而目前大多数数据采集系统所用器件的额定温度、特性测试温度和性能保证温度都较低。很多此类恶劣环境应用都采用电池供电，同时仍然要保持高性能，这对数据采集系统的设计提出很大的要求。为了解决上述问题，本专利技术提出一种高性能低功耗数据采集系统。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种高性能低功耗数据采集系统具体的，1、一种高性能低功耗数据采集系统，其特征在于，它包括模数转换器、第一运算放大器、第二运算放大器、基准电压源、外部电源、无源元件，所述基准电压源与所述第一运算放大器电连接，所述模数转换器分别与所述外部电源、第一运算放大器、第二运算放大器电连接，所述无源元件可在无外加电源条件下，显示其电子特性。优选的，所述数模转换器采用16位、低功耗、单电源AD7981，并使用逐次逼近架构，最高支持600ksps的采样速率，所述数模转换器的输入可直接从低阻抗信号源驱动；所述数模转换器在两次转换之间可自动关断以节省功耗，则使得所述数模转换器的功耗和采样速率成线性比例关系，从而使得所述数模转换器对高低采样速率均适用，并且可实现非常低的功耗，支持电池供电系统，此外，可以使用过采样技术来提高低速信号的有效分辨率。优选的，所述运算放大器用以驱动所述数模转换器输入，采用一种型号为AD8634的运算放大器，可解决高源阻抗使得所述数模转换器的性能降低，尤其是总谐波失真的问题优选的，所述基准电压源采用型号为ADR225电源为第一运算放大器供电，其初始精度为±0.4%，可在3.3V至16V的宽电源范围内工作。优选的，所述数模转换器提供一个兼容SPI、QSPI和其他数字主控机的灵活串行数字接口，所述接口既可配置为简单的3线模式以实现最少的输入/输出数，优选的，所述数据采集系统采用+5V和±2.5V供电轨需要外部低噪声电源，由于AD7981是低功耗器件，可由基准电压缓冲器直接供电，因而无需额外的供电轨，节省功耗和板空间。优选的，所述数据采集系统中的175℃塑料封装采用焊盘金属化工艺产生，但受限于塑料材料的玻璃转化温度，塑料封装的额定最高工作温度仅为175℃。优选的，所述无源元件使用175℃以上的薄膜型低TCR电阻，COG/NPO电容用于低值滤波器和去耦应用，其温度系数非常平坦，所述电容采用耐高温钽电容比陶瓷电容有更大的容值。优选的，所述数据采集系统PCB布局包括，模拟信号和数字接口位于ADC的相应两侧，IC之下或模拟信号路径附近无开关信号，此设计可以最大程度地降低耦合到ADC芯片和辅助模拟信号链中的噪声，AD7981的所有模拟信号位于左侧，所有数字信号位于右侧，这种引脚排列可以简化设计，基准电压输入REF具有动态输入阻抗，必须用极小的寄生电感去耦，为此须将基准电压去耦放在尽量靠近REF和GND引脚的地方，并用低阻抗的宽走线连接该引脚，本电路板的元器件故意全都放在正面，以便从背面加热进行温度测试，针对高温电路，使用聚酰亚胺作为PCB叠层使用材料，装配选择SAC305无铅焊料，其熔点为217℃，相对于175℃的最高工作温度有42℃的裕量。本专利技术的有益效果在于：所用器件的额定温度、特性测试温度和性能保证温度为175°C.很多此类恶劣环境应用都采用电池供电，因此该信号链针对低功耗而设计，同时仍然保持高性能。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本专利技术的具体实施方式。一种高性能低功耗数据采集系统，其特征在于，它包括模数转换器、第一运算放大器、第二运算放大器、基准电压源、外部电源、无源元件，所述基准电压源与所述第一运算放大器电连接，所述模数转换器分别与所述外部电源、第一运算放大器、第二运算放大器电连接，所述无源元件可在无外加电源条件下，显示其电子特性。所述数模转换器采用16位、低功耗、单电源AD7981，并使用逐次逼近架构，最高支持600ksps的采样速率，所述数模转换器的输入可直接从低阻抗信号源驱动；所述数模转换器在两次转换之间可自动关断以节省功耗，则使得所述数模转换器的功耗和采样速率成线性比例关系，从而使得所述数模转换器对高低采样速率均适用，并且可实现非常低的功耗，支持电池供电系统，此外，可以使用过采样技术来提高低速信号的有效分辨率。所述运算放大器用以驱动所述数模转换器输入，采用一种型号为AD8634的运算放大器，可解决高源阻抗使得所述数模转换器的性能降低，尤其是总谐波失真的问题，在采集时间开始时，开关闭合，容性DAC在ADC输入端注入一个电压反冲，运算放大器帮助此反冲稳定下来，并将其与信号源相隔离，双通道精密运算放大器AD8634具有出色的直流和交流特性，对传感器信号调理和信号链的其他部分非常有利，虽然AD8634具有轨到轨输出，但输入要求从正供电轨到负供电轨具有300mV裕量，此裕量要求使得负电源成为必要，所选负电源为2.5V。所述基准电压源采用型号为ADR225电源为第一运算放大器供电，其初始精度为±0.4%，可在3.3V至16V的宽电源范围内工作，2.5V基准电压源在210℃仅消耗最大60uA的静态电流，并具有典型40ppm/℃的超低漂移特性，因而非常适合用于该低功耗数据采集电路，AD7981的基准电压输入具有动态输入阻抗，因此必须利用低阻抗源驱动，REF引脚与GND之间应有效去耦，则AD8634可适用作基准电压缓冲器，通过基准电压缓冲器，基准电压输出端噪声可通过增加一个低通RC滤波器来进一步降低。所述数模转换器提供一个兼容SPI、QSPI和其他数字主控机的灵活串行数字接口，所述接口既可配置为简单的3线模式以实现最少的输入/输出数，所述数据采集系统采用+5V和±2.5V供电轨需要外部低噪声电源，由于AD7981是低功耗器件，可由基准电压缓冲器直接供电，因而无需额外的供电轨，节省功耗和板空间。所述数据采集系统中的175℃塑料封装采用焊盘金属化工艺产生，但受限于塑料材料的玻璃转化温度，塑料封装的额定最高工作温度仅为175℃。所述无源元件使用175℃以上的薄膜型低TCR电阻，COG/NPO电容用于低值滤波器和去耦应用，其温度系数非常平坦，所述电容采用耐高温钽电容比陶瓷电容有更大的容值。所述数据采集系统PCB布局包括，模拟信号和数字接口位于ADC的相应两侧，IC之下或模拟信号路径附近无开关信号，此设计可以最大程度地降低耦合到ADC芯片和辅助模拟信号链中的噪声，AD7981的所有模拟信号位于左侧，所有数字信号位于右侧，这种引脚排列可以简化设计，基准电压输入REF具有动态输入阻抗，必须用极小的寄生电感去耦，为此须将基准电压去耦放在尽量靠近REF和GND引脚的地方，并用低阻抗的宽走线连接该引脚，本电路板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能低功耗数据采集系统，其特征在于，它包括数模转换器、第一运算放大器、第二运算放大器、基准电压源、外部电源、无源元件，所述基准电压源与所述第一运算放大器电连接，所述数模转换器分别与所述外部电源、第一运算放大器、第二运算放大器电连接，所述无源元件可在无外加电源条件下，显示其电子特性。

【技术特征摘要】
1.一种高性能低功耗数据采集系统，其特征在于，它包括数模转换器、第一运算放大器、第二运算放大器、基准电压源、外部电源、无源元件，所述基准电压源与所述第一运算放大器电连接，所述数模转换器分别与所述外部电源、第一运算放大器、第二运算放大器电连接，所述无源元件可在无外加电源条件下，显示其电子特性。2.一种如权利要求1所述高性能低功耗数据采集系统，其特征在于，所述数模转换器采用16位、低功耗、单电源AD7981，并使用逐次逼近架构，最高支持600ksps的采样速率，所述数模转换器的输入可直接从低阻抗信号源驱动；所述数模转换器在两次转换之间可自动关断以节省功耗，则使得所述数模转换器的功耗和采样速率成线性比例关系，从而使得所述数模转换器对高低采样速率均适用，并且可实现非常低的功耗，支持电池供电系统，此外，可以使用过采样技术来提高低速信号的有效分辨率。3.一种如权利要求1所述高性能低功耗数据采集系统，其特征在于，所述运算放大器用以驱动所述数模转换器输入，采用一种型号为AD8634的运算放大器，可解决高源阻抗使得所述数模转换器的性能降低，尤其是总谐波失真的问题。4.一种如权利要求1所述高性能低功耗数据采集系统，其特征在于，所述基准电压源采用型号为ADR225电源为第一运算放大器供电，其初始精度为±0.4%，可在3.3V至16V的宽电源范围内工作。5.一种如权利要求1所述高性能低功耗数据采集系统，其特征在于，所述数模转换器提供一个兼容SPI、QSPI和其他数字主控机的灵活串行数字接口，所述接口既可配置为简单的3线模式以实现最少的...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄安琪，
申请(专利权)人：四川金英科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51