合適的模擬前端 (AFE) 對(duì)于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健、精確和準(zhǔn)確的模數(shù)轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。由于不同系統(tǒng)和機(jī)器之間存在差異，通?？梢允褂每删幊踢壿嬁刂破?( PLC ) 來(lái)控制許多復(fù)雜參數(shù)。為了完成此任務(wù)，通過(guò)模擬輸入模塊，可以使用不同的傳感器和信號(hào)。許多傳感器（如壓力、流量、溫度和重量）都有代表測(cè)量量的模擬輸出。因此，需要許多精確和準(zhǔn)確的模擬信號(hào)輸入來(lái)生成數(shù)字輸出。然而，模數(shù)轉(zhuǎn)換只是任務(wù)的一部分。節(jié)點(diǎn)、傳感器、模擬輸入模塊和 PLC 之間的連接發(fā)生在生產(chǎn)工廠中，該環(huán)境以電噪聲和其他干擾因素（如EMI）而聞名。因此，穩(wěn)健的 ADC 對(duì)于在如此惡劣的條件下有效運(yùn)行至關(guān)重要。
　　新型多路復(fù)用 ADC 提供高集成度、高精度、高靈活性和穩(wěn)定性
　　PLC 包含許多模擬電壓輸入來(lái)監(jiān)控其系統(tǒng)，這意味著具有大量通道。
　　例如，使用具有 11 個(gè)單端或 6 個(gè)帶緩沖器的差分輸入的 ADC 可以實(shí)現(xiàn)高通道數(shù)。輸入的單端或差分特性使其能夠輕松與不同的傳感器連接。此外，將其中一些通道??分配到較低的輸入范圍對(duì)于使用外部檢測(cè)電阻進(jìn)行電流測(cè)量非常有用。在現(xiàn)代多路復(fù)用 ADC 中，例如 AD411x 系列中的某些產(chǎn)品，此類檢測(cè)電阻已集成到組件中。
　　AFE 集成了關(guān)鍵無(wú)源元件，例如采用 ADI 公司i Passives技術(shù)的精確低漂移匹配 1 MΩ 和 10 MΩ 分壓器，無(wú)需使用昂貴的外部元件。這樣可以實(shí)現(xiàn)更高密度，同時(shí)通過(guò)最小化解決方案占用空間、重量和電路板空間實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的解決方案。
　　　圖 1：新一代多路復(fù)用 ADC 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（ADI）
　　最新的多路復(fù)用 ADC（如AD4116）具有低功耗、低噪聲、24 位、∑-Δ ADC，集成了極高阻抗 AFE。圖 1 顯示了該器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。為了獲得最大的靈活性，可以獨(dú)立配置輸入。每個(gè)設(shè)置都允許用戶啟用或禁用緩沖器、校正增益和偏移、選擇濾波器類型、選擇輸出數(shù)據(jù)速率 (ODR) 以及選擇參考源。
　　靈活選擇不同的電壓參考源使設(shè)計(jì)任務(wù)更加容易。這些多路復(fù)用 ADC 具有多種參考源選項(xiàng)，例如內(nèi)部低漂移 2.5 V 源、通過(guò)差分 Ref+ 和 Ref- 引腳的外部參考源或使用模擬電源 (AVDD-AVSS)。對(duì)于外部參考，此類 ADC 在兩個(gè)參考輸入上都具有真正的軌到軌、集成的精密單位增益緩沖器。這些具有高輸入阻抗的緩沖器允許將高阻抗外部源直接連接到這些輸入。
　　類似地，現(xiàn)代 ADC 的用戶可以從內(nèi)部振蕩器、外部晶體或外部時(shí)鐘中選擇時(shí)鐘源；這種靈活性簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程?！　≡谀M方面，輸入是決定多路復(fù)用 ADC 穩(wěn)定性的關(guān)鍵部分，因?yàn)樗鼜耐庠O(shè)接收外部電壓。使用單個(gè) 5 V 電源，像 AD4116 這樣的現(xiàn)代多路復(fù)用 ADC 可以實(shí)現(xiàn)高達(dá) ±20 V 的輸入范圍。由于 ±65 V 的絕對(duì)最大額定值，該 ADC 甚至可以適應(yīng)超出這些電壓的輸入電壓，而不會(huì)損壞設(shè)備。但是，在這個(gè)輸入范圍內(nèi)，可能會(huì)犧牲準(zhǔn)確性。外部保護(hù)設(shè)備（如圖 2 所示的 TVS）可以保護(hù) ADC 超出絕對(duì)最大額定值。在數(shù)字方面，CRC 校驗(yàn)和增強(qiáng)了接口的穩(wěn)定性。

　　如圖 2 所示，ADC 輸入端的 RC 低通濾波器有助于抗混疊和噪聲濾波。重要的一點(diǎn)是，濾波電阻與 ADC 的輸入阻抗串聯(lián)。該電阻會(huì)影響內(nèi)部分壓器比，從而導(dǎo)致增益誤差。然而，如果 ADC 的輸入阻抗非常高（如 10 MΩ），則分壓誤差將非常小。例如，如果使用 180 Ω，則誤差僅為 0.0018% 左右。此外，可以通過(guò)系統(tǒng)校準(zhǔn)或調(diào)整增益設(shè)置來(lái)消除此誤差。前者可以通過(guò)利用最新的多路復(fù)用 ADC 提供的校準(zhǔn)模式來(lái)完成。這些現(xiàn)代 ADC 具有四種子校準(zhǔn)模式：內(nèi)部零電平、內(nèi)部滿量程、系統(tǒng)零電平和系統(tǒng)滿量程。
　　除了校準(zhǔn)模式之外，對(duì)于正常操作，其他選項(xiàng)包括連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)讀取模式或單次轉(zhuǎn)換模式。為了在功率預(yù)算受限的系統(tǒng)中節(jié)省電量，用戶還可以激活待機(jī)或斷電模式。
　　額外集成功能
　　最新的多路復(fù)用 ADC 具有高集成度，因此在典型的自動(dòng)化應(yīng)用中具有更大的靈活性。例如，有四個(gè)集成的通用輸入輸出 (GPIO) 引腳，其中兩個(gè)可配置為數(shù)字輸入或輸出，而另外兩個(gè)可單獨(dú)配置為數(shù)字輸出 (GPO)。這些 GPIO 或 GPO 引腳可用于控制額外的外部多路復(fù)用器。使用外部多路復(fù)用器，可以進(jìn)一步增加通道數(shù)。另一個(gè)集成功能是可編程延遲塊，可在 ADC 開始采樣之前啟用。此延遲允許外部多路復(fù)用器或放大器穩(wěn)定下來(lái)。最新的 ADC 默認(rèn)生成 24 位轉(zhuǎn)換。但是，可以通過(guò)控制位將轉(zhuǎn)換寬度降低到 16 位，以便在一些微控制器中更輕松地處理數(shù)據(jù)。
　　集成溫度傳感器可幫助監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的環(huán)境溫度。它還可用于診斷目的，或作為應(yīng)用電路因工作溫度可能發(fā)生變化而必須執(zhí)行校準(zhǔn)程序的指示器。
　　　圖 2：典型連接圖（ADI）
　　結(jié)論
　　最新的多路復(fù)用 ADC 具有高精度，并且易于集成，可滿足現(xiàn)代生產(chǎn)工廠和工業(yè)應(yīng)用對(duì)性能和穩(wěn)健性日益增長(zhǎng)的需求。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員可獲得更大的靈活性，更快速、更輕松地滿足系統(tǒng)性能要求。