性能和可靠性是很多实验室和现场科研 (LFS) 装置和设备应用的推动力。然而，物料清单 (BOM) 的低效率可能会导致成本增加和测量精度降低。这些低效率通常与信号链设备的采购相关。通过在来自单个值得信赖的供应商的知识渊博、经验丰富的应用程序支持人员的帮助下访问完整的信号链解决方案，您可以提高系统和设计效率并加快产品上市速度，反之则很难达到此目的。来自 Analog Devices 的“源于实验室的电路”（一种带可编程增益互阻抗放大器和数字同步检测功能的双通道色度计）的参考设计将用于展示由单个供应商提供完整的信号链解决方案的好处。
随着生产质量实验室和现场科研 (LFS) 装置和设备的市场机会的不断增加，将这些解决方案更快地投放到市场中的压力也随之增长。要在保持整个设备的精密度和可靠性的同时实现这些快速设计周期，很大程度上依赖于关键信号链元器件的质量采购效率。高度集成的信号链元器件（如放大器和模数转换器 (ADC)）可提高物料清单 (BOM) 效率和降低成本。此外，能够从单个供应商采购关键信号链元器件还将带来大量成本效益和应用支持改善机会。最终，这些因素可以减轻设计资源的负担，并可让您在很短的时间内打造出表现更佳的设计。
说明：Zedboard IOT 套件用于借助 Analog Devices 的双通道色度计评估板 CN0363 生成针对光谱学应用的调制信号和接口。
质量参考设计提供了适合多种应用的电路解决方案
Analog Devices 提供了一个包含大量参考设计的库，这些设计在其网站上免费提供。这些参考设计可作为电路解决方案直接使用，还有详细的说明可帮助设计人员根据自己的应用修改电路。这些参考设计包含可整合到精密的实验室或现场测试和测量设备或服务设备的各种元器件。
例如，Circuit Note 0363 (CN0363)（一种带可编程增益互阻抗放大器和数字同步检测功能的双通道色度计）是利用来自 Analog Devices 的先进的 ADC 和精密放大器解决方案打造的。这里有一个视频，该视频呈现了 Circuit Note 并提供了对本文附带的流程的见解。
CN0363 的 FPGA 代码也通过 Analog Devices 提供。
此电路利用光的三种不同的波长执行吸收光谱学测量，并利用可消除噪声源的电路拓扑来实现非常准确的结果。此类装置通常在化学分析和环境监测设备和仪器中使用，用来确定液体样本的特征和浓度。
说明：评估板 CN0363 的关键信号链元器件 ADA4528-1、ADA4805 和 AD7175-2 分别用作互阻抗放大器、高转换速率缓冲放大器和高精度模数转换器。
关键信号链元器件降低了 BOM 复杂性并增强了性能
双通道色度计包含一个三频调制光源发射器，该发射器发送的光将穿过液体样本，并且在由相应的光二极管接收之前会根据样本的射频特性衰减。ADA4528-1 将用作一个互阻抗放大器，用于从光二极管接收器的电流输出生成电压。由于光二极管的电流输出对于高吸收性液体可能太弱，因此将利用 ADA4528-1 自动归零放大器功能来消除偏移误差和 1/f 噪声并产生极低的宽带噪声。要在自动归零频率处避免噪声尖峰，自动归零频率应处于大约 200 kHz，这远远超过了放大器的 3dB 信号带宽。
说明：互阻抗放大器的两个单独的电阻反馈网络启用了互阻抗放大器的配置，以优化具有较高和较低吸收特性的材料的输出。
尽管 ADA4528-1 可能具有极低的失调电压，但如果偏移为负，此偏移可能限制轨到轨运算。以免需要负电压电源并确保互阻抗放大器不会消减，ADA4805-1 将用于向光二极管的阳极提供 100mV 的缓冲失调偏压。ADA4805-1 运算放大器将用作能够带动较大的电容性负载的高度稳定的电压缓冲器，且非常适合用于解耦。用于设置 LED 电流的光二极管偏压和 AD5201 数字电位计输出将利用 ADA4805-1 运算放大器进行缓冲。
分束器用于将红、绿、蓝 (RGB) LED 输出分离到样本和参考接收器。样本接收器和参考接收器均包含相同的可编程增益互阻抗放大器电路，这些电路将输出至超低噪声 24 位 Σ-Δ ADC (AD7175-2) 的各个通道。为了在单周期设定时间内对两个通道进行采样，ADC 将配置为利用 sinc5+sinc1 滤波器输出 250 kSPS 的数据传输速率。此方法将为每个通道生成 25 kSPS 的高效采样率并且每 40 µs 生成一个输出值。
说明：AD7175-2 的 SPI 输出启用了 250 kSPS 的参考和采样数据，这将用于生成 IQ 数据和该数据的详细数字比较。
为了防止 12.5 kHz 以上的频率（如方波调制的奇次谐波），将通过 ADC 的通带中的混叠，利用 FPGA 实施同步解调阶段。然而，如果噪声源在调制频率处不存在，它将被折回至基频。为避免这种情况发生，需要保持由以下方程式指示的调制和采样频率关系：
超低噪声、零点漂移和轨到轨输入/输出运算放大器的信号链优点
ADA4528-1 适合信号链中的极限误差极其重要的应用。这可能包括很多传感器和医疗应用，在这些应用中，将对小电压进行采样和转换。此放大器展示了通常较低的噪声：f = 1 kHz 时为 5.6 nV/√Hz，f = 0.1 Hz 至 10 Hz 且 AV 为 +100 时为 97 nV p-p。还展示了极低的失调漂移：最大失调电压为 2.5 μV 时为 0.015 μV/°C。这些规格覆盖了宽广的工业和汽车行业温度范围 - −40°C 至 +125°C。
ADA4528-1 能够支持 2.2 V 至 5.5V 的宽工作电压电源范围或 +/- 1.1 V 至 +/- 2.75 V 的双电源工作电压下的轨到轨输入和输出 (RRIO)，还提供了很高的 CMRR 和 PSRR - 分别最低为 135 dB 和 130 dB PSRR。这些功能在处理靠近本底噪声的极低电平信号时尤其重要。130 dB 的高增益和 4 MHz 的整体增益交叉频率实现了 AV = +100 下的 3 MHz 高增益带宽乘积和 6.2 MHz 的 -3dB 闭环带宽。
ADA4528-1 以 8 引脚 MSOP 和 8 引脚 LFCSP 封装提供。有关此元器件和双封装 ADA4528-2 的更多信息可在应用说明书 AN-1114 -“最低噪声零点漂移放大器具有 5.6 nV/√Hz 电压噪声密度”中找到。
低热失调漂移、电源和噪声轨到轨运算放大器提供了增强型转换速率功能
ADA4805-1 利用增强的节电功能提供高性能，专为低功率电平下的高分辨率数据转换系统设计。理想的应用还包括电池供电的仪器、便携式销售点终端和微功率有源滤波器。ADA4805-1 具有 495 μA 的低静态电流，还含一个停机引脚功能，即在停机时将静态电源电流进一步降低至 3 μA。为了启用快速数模转换 (ADC) 功能，放大器从关闭到完全开启的启动时间仅为 3 μs。
ADA4805-1 在极低的功率下运行，此外，此设备还具有以下特点：105 MHz 下非常高的 -3dB 带宽，160V/μs 的转换速率以及 35ns 的 0.1% 的设定时间。高转换速率和快速设定时间使您可以将 ADA4805-1 用作大电容性负载，从而利用出色的解耦特性驱动缓冲放大器。
此外，还将对 +/- 1.5 V、3 V、5 V 或 +/- 5 V 下的 3 V 至 10 V 的宽电源范围展示出 125 μV 的最大输入失调电压和 0.2 µV/°C 的典型输入失调漂移。尽管输入具有 -Vs - 0.1 V 至 +Vs - 1V 的共模范围，但输出具有低噪声（100 kHz 下为 5.9 nV/√Hz，100 kHz 下为 0.6 pA/√Hz）和低失真度（100 kHz 下为 −102 dBc/−126 dBc HD2/HD3），从而能支持完整的轨到轨输出。
为了实现超出宽广的工业和汽车行业温度范围（−40°C 至 +125°C）的最低噪声性能，我们采用 Analog Devices, Inc. 专有的超快互补双极 (XFCB) 流程来打造 ADA4805-1 放大器，并以极小的 6 引脚 SOT-23 和 6 引脚 SC70 封装提供它。双放大器版本 ADA4805-2 也以 8 引脚 MSOP 和 10 引脚 LFCSP 封装提供。
具有低噪声和快速设定功能的 Σ-Δ ADC 提供了适用于实验室和现场科研应用的灵活功能
AD7175-2 提供了极低噪声和快速设定 Σ-Δ ADC（250 kSPS 下的无噪声位为 17.2，2.5 kSPS 下的无噪声位为 20，20 SPS 下的无噪声位为 24），并提供了全刻度范围的 +/-1 ppm 的 INL。此 ADC 可配置为具有 5 SPS 至 250 kSPS 的灵活输出率的双通道全差分或四通道伪差分变换器。来自内部交叉通道多路复用器的输入将穿过轨到轨模拟输入缓冲器，这将呈现一个高阻抗输入。
此 ADC 有多个供电选项：5 V AVDD1 或 +/-2.5 V AVDD1/AVSS、2 V 至 5 V AVDD2 和 IOVDD 以及仅 8.4 mA 的典型电流。此 ADC 还包含 2.5 V 的片上参考电压和 +/- 2ppm/°C 的低漂移。
方便时，AD7175-2 具有集成的模拟和数字信号调节模块，用于使每个模拟输入通道都能单独配置。例如，在 27.27 SPS 的输出数据传输速率下、50 ms 的设定时间内提供 85dB 的 50 Hz 或 60 Hz 抗拒是由调节输出信号的数字滤波器提供的一种功能。此外，其他数字处理功能（如偏移和增益校准）也可逐个通道地配置。GPIO 和 MUX I/O 控制数字输入可用于控制输入多路复用器，或者 AD7175-2 可在输入之间自动循环，从而降低控制电路的复杂性。
利用灵活的三线或四线施密特触发器或 SCLK 数字接口，此 ADC 能够实现与 SPI、QSPI、MICROWIRE 和 DSP 兼容的数据交换。外部或内部时钟振荡器可用于定时，而且此 ADC 提供用于参考的内部时钟输出。这些功能以及 −40°C 至 +105°C 的宽广的工业温度范围使 AD7175-2 能够用于过程控制、医疗/科研多通道仪器、温度/压力和色谱仪器应用。此 ADC 以 24 引脚 TSSOP 封装提供。
说明：AD7175-2 采用了很多增强型数字控制功能和自动化功能，这将减少所需的外部元器件的数量。
结论
利用 Circuit Note CN0363，Analog Devices 能够展示这样的电路解决方案供应商的优势：通过足够多样化的产品线提供一个适用于实验室和现场科研及其他应用的近乎完整的信号链解决方案。这些优势有助于降低 BOM 复杂性和成本，同时缩短上市时间和方便系统设计工程师的设计。