“本文介绍新一代多路复用模数转换器(ADC)如何提供更多通道、更深入的信号链集成、灵活性和鲁棒性优势，以简化复杂系统设计，从而支持在先进工厂和生产设施中实现自动化和过程控制。
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作者：Hakan Uenlue，高级现场应用工程师
本文介绍新一代多路复用模数转换器(ADC)如何提供更多通道、更深入的信号链集成、灵活性和鲁棒性优势，以简化复杂系统设计，从而支持在先进工厂和生产设施中实现自动化和过程控制。
简介
在现代生产设施中，适当的模拟前端(AFE)对于实现稳定可靠、精密准确的模数转换至关重要。由于不同系统和机器之间存在差异，通常情况下，可以使用可编程逻辑控制器(PLC)来控制许多复杂的参数。为此，将通过模拟输入模块来利用不同的传感器和信号。许多传感器（例如压力、流量、温度和称重量传感器）提供代表所测参数量的模拟输出。因此，需要许多精密准确的模拟信号输入来生成数字输出。然而，模数转换只是工作任务的一部分。生产设施中的节点、传感器、模拟输入模块和PLC之间相互连接，生产环境中也充斥着电气噪声和其他干扰因素（如EMI）。因此，稳定可靠的ADC对于在如此恶劣的条件下有效运行至关重要。
新型多路复用ADC具有高集成度、高精度，高度灵活且稳定可靠
PLC包含许多模拟电压输入，用以监控其系统，因此通道数较多。
例如，可以使用具有11个单端输入或6个带缓冲器的差分输入的ADC来实现高通道数。单端或差分输入特性使其可以与不同传感器轻松连接。此外，对于使用外部检测电阻进行电流测量的情况，将其中一些通道分配到较低输入范围非常有用。在现代多路复用ADC中，例如AD411x系列中的某些器件，此类检测电阻已集成到器件中。
AFE还集成了关键的无源元件，例如采用ADI公司iPassives®技术的高精度、低漂移、匹配的1 MΩ和10 MΩ分压器，因此无需昂贵的外部元件。这样，可以充分缩减解决方案的尺寸、重量和电路板空间，在实现更高密度的同时，空间利用也更加优化。
图1.新一代多路复用ADC的内部结构
新型多路复用ADC（例如AD4116）是一款低功耗、低噪声、24位Σ-Δ型ADC，其中集成了极高阻抗AFE。图1显示了该器件的内部结构。为实现更高灵活性，输入可以独立配置。每种设置都允许用户使能或禁用缓冲器，校正增益和失调，选择滤波器类型，选择输出数据速率(ODR)，以及选择基准电压源。
灵活选择不同的基准电压源，有助于轻松完成设计任务。这些多路复用ADC具有多种基准电压源选项，例如：内部低漂移2.5 V电压源，通过差分Ref+和Ref-引脚提供的外部基准电压源，或使用模拟电源(AVDD-AVSS)。对于外部基准电压源，此类ADC的两个基准输入端均有真正的轨到轨、集成精密单位增益缓冲器。这些缓冲器具有高输入阻抗，使外部高阻抗信号源可以直接连接到这些输入。
同样，使用该ADC的用户可以选择时钟源，例如内部振荡器、外部晶振或外部时钟，这种灵活性可简化设计过程。
在模拟端，从外设接收外部电压的输入端是决定多路复用ADC稳健性的关键因素。使用5 V单电源时，AD4116等现代多路复用ADC可以实现高达±20 V的输入范围。该ADC甚至可以接受超出这些范围的输入电压而不会损坏器件，因为其绝对最大额定值为±65 V。然而，在该输入范围内，精度上可能会有所损失。TVS等外部保护器件（如图2所示）可以在超出绝对最大额定值时保护ADC。在数字端，CRC校验增强了接口的稳健性。
ADC输入端的RC低通滤波器（如图2所示）有助于抗�