针对压电传感器的12位双芯片数据采集系统

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评估和设计支持

电路评估板

CN0350电路评估板(EVAL-CN0350-PMDZ)

SDP/PMD转接板(SDP-PMD-IB1Z)

系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z)

设计和集成文件

原理图、布局文件、物料清单

电路功能与优势

图1所示电路是只采用了2个有源器件的12位、1 MSPS数据

采集系统。

该系统用3.3 V单电源功能，能够处理来自压电传感器的电荷输入信号，在±10°C温度范围内，其校准后总误差小于0.25% FSR，是各种实验室和工业测量的理想之选。

该电路的小巧尺寸使得该组合成为业界领先的数据采集系统解决方案，在这种系统中精度、速度、成本和尺寸极为关键。

电路描述

该电路由一个输入信号调理级和一个ADC级构成。电流输入信号由电荷-电压转换器(运算放大器U1A的电荷放大器和电容C2)转换成电压，并由同相放大器(运算放大器U1D和电阻R7和R8)放大。ADC的基准电压(VREF =2.5 V)经过缓冲和衰减(运算放大器U1B和U1C以及电阻R1和R2)，产生1.25 V的失调HREF，用于将来自传感器的交流信号调理至ADC的输入范围之内。运算放大器U1A、U1B、U1C和U1D都是四通道AD8608。U1D运算放大器的输出为0.1 V至2.4 V，与ADC的输入范围(0 V至2.5 V)相匹配，同时提供100 mV的裕量以保持线性度。电阻值和电容值可以修改，以适应本电路笔记描述的其他传感器范围。

AD8608的最小额定输出电压为50 mV(2.7 V电源)和290 mV(5 V电源)，负载电流为10 mA，温度范围为−40°C至+125°C。在3.3 V电源、负载电流低于1 mA、温度范围更窄的情况下，保守估计最小输出电压为45 mV至60 mV。该电路设计支持单电源供电。

考虑到器件的容差，最小输出电压(范围下限)设为100 mV，以提供安全裕量。输出范围的上限设为2.4 V，以便为ADC输入端的正摆幅提供100 mV的裕量。因此，输入运算放大器的标称输出电压范围为0.1 V至2.4 V。

本应用中选用AD8608的原因是该器件具有低偏置电流(最大值1 pA)、低噪声(最大值12 nV/√Hz)和低失调电压(最大值65 μV)等特性。在3.3V电源下，功耗仅为15.8 mW。

运算放大器的输出级后接一个单极点RC滤波器(R6/C8)，用于降低带外噪声。RC滤波器的截止频率设为664 kHz。选择AD7091R 12位1 MSPS SAR ADC是因为其在3.3 V (1.2 mW)下的功耗超低，仅为349 μA，显著低于当前市场上竞争对手的任何ADC。AD7091R还内置一个2.5 V的基准电压源，其典型漂移为±4.5 ppm/°C。输入带宽为7.5 MHz，且高速串行接口兼容SPI。AD7091R采用小型10引脚MSOP封装。

AD7091R需要50 MHz的串行时钟(SCLK)，方能实现1 MSPS的采样速率。在多数压电传感器应用中，都可以使用较低的采样速率。对于本电路笔记中采用的测试数据，SCLK为30 MHz，采样速率为300 kSPS。

数字SPI接口可以用12引脚且兼容PMOD的连接器(Digilent PMOD规格)连接到微处理器评估板。

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wanganlong

我用了一个电路采集板，我的输入范围是25kn的，用的是4pc/n的石英晶体传感器，，依据说明书上的计算方法，采样电容给的是100NF，R8是66.7，可是我的测量tp5时，却没有电压输出，拔掉我并联的100nf的电容，TP5处有电压输出，在冲击压电传感器的时候，请各路大神，指点一二。非常感谢

wanganlong

我买了一套这个采集放大板，我们的压电式石英晶体传感器输入范围为0-25kN，按照说明书上提供的计算方法，采样电容我采用了100NF,R8为66.7KΩ，但是在压电传感器收到冲击时，就是在TP5处检测不到信号。原有的采样电容为1NF，精度为1%，我给并了一个100NF的电容，10%。但是，当我拔下100NF的电容时，就能够测量到信号电压。计算感觉没有问题。江湖救急，望多多指点。

wanganlong

你好，楼主，你用过这个系统吗，能否指教一二，因为我的仿真电路都没有问题，但是现在就是并个电容就有问题，无计可施。江湖救急。