ADI 新版实验室电路助您轻松实现系统集成和技术进阶

摘要：  用 ADI 公司新推出的16位8通道同步采样 ADC 芯片 AD7606 替换之前采用的某款6通道 ADC 芯片的信号采集电路，重新设计16通道电力线监测方案的信号电路板。

关键字：  芯片，  电路，  监测，  电源，  阻抗

高先生是国内某电力二次设备制造商的硬件设计工程师，在去年底，他接到一个看似简单却挠头的项目 -- 负责用 ADI 公司新推出的16位8通道同步采样 ADC 芯片 AD7606 替换之前采用的某款6通道 ADC 芯片的信号采集电路，重新设计16通道电力线监测方案的信号电路板。这个任务似乎很简单 -- 不过就是器件替代而已，而且原有的方案有案可循。但对一个并无丰富设计经验的工程师来说，要说挠头一点也不过分：系统需要采用两个 AD7606 器件以实现多通道同步采样，确保器件之间的性能良好匹配是个具有挑战性的任务;良好的去耦对于电力线监测系统整体性能表现非常重要，如何实现恰当的去耦配置以降低 AD7606 的电源阻抗及其电源尖峰幅度?这似乎也是个问题。复杂的走线和多层电路板设计如何实现优化规划?挑战并不少!

AD7606实验室电路中给出了详尽的顶层及底层去耦电容的布局建议

尽管 ADI 公司提供了丰富的设计资源和包括完整解决方案在内的大量第三方技术生态系统支持，但基于这样或那样的原因，很多公司/工程师还是喜欢自己搭建系统或子系统模块。像高先生所遇到也是很多国内工程师常遭遇的困扰之一 -- 模拟及混合信号电路设计挑战与越来越短的设计周期的矛盾。幸运的是，高先生后来获得了一份对他的设计来说至关重要的技术资料 – ADI 公司实验室电路(Circuits from the Lab™) “基于16位8通道 DAS AD7606 的可扩展多通道同步采样数据采集系统的布局考虑”(ADI 实验室电路文档编号：CN-0148)，在这份文档中以大篇幅的文字以及包括详细电路原理图、PCB 布局布线图、测试图在内的14幅图片详细介绍了16通道数据采集系统的双路 AD7606 板电路布局布线建议、去耦电路配置、多通道系统的通道间匹配、利用内部基准电压源用作系统基准电压，以及如何通过外部基准电压源提高 ADC 转换的绝对精度等方面极为实用的设计信息。

利用实验室电路文档提供的具有实用参考价值的设计建议，高先生用不到一周的时间就顺利完成了电路板设计，并在后续的调试及测试中顺利过关：该信号采集电路板实现了非常好的通道一致性;由于利用到芯片本身所具有的过采样特性以及采纳实验室电路所建议的为提高绝对精度而用外部小容差、低漂移基准电压源(采用了实验室电路中推荐的 ADR421 2.5V 基准电压源)作为系统基准电压源，最终的测试精度达到19位，并且明显降低了 AD7606 的峰峰值噪声，提高了系统的信噪比;利用实验室电路的设计方法，仅用4层(表层和底层为走线层，中间两个内层分别为地平面、电源平面)PCB 板就充分实现了 AD7606 的性能;仅用9个电容以及紧凑合理的电路布局就实现电路去耦设计…….

强化技术支持能力和学习价值

其实，很多设计工程师都有过上述案例中高先生相似的遭遇，而高先生幸运的是他了解并成功地利用了来自 ADI 公司的特色技术服务 -- 实验室电路。利用经过验证的、详尽的电路设计建议，可以大大缩短设计进程，并有效克服大多数工程师并不擅长的模拟及混合信号电路设计。事实上，越来越多的工程师面临工作责任越来越重、涉及的系统和工程专业越来越广、产品上市压力越来越大的困境，工程师们需要得到更好的帮助，而不是反复试验出错或未经验证的建议。

在与全球的客户接触过程中，ADI 公司技术支持工程师经常感受到设计工程师所面临的类似困惑与挑战。为此，ADI 从2008年开始开始推出“实验室电路(Circuits from the Lab™)”概念：根据不同区域搜集的资源、客户的意见、需求反馈，然后集合 ADI 内部专家的技术能力和经验设计出客户需要的实用电路，并以详尽的文字和图片介绍电路设计的思路、设计方法、设计建议以及测试结果，以“实验室电路”文档的形式解决工程师实际应用中的具体设计问题。Circuits from the Lab™实验室电路是经过测试的参考电路，有助于加速设计，同时简化系统集成，帮助并解决工程师相关设计中的挑战。

此前的“实验室电路”基本是以应用笔记的文档形式提交给工程师。近年来，ADI 听取了很多客户的意见反馈，对于部分工程师来说，单独的文档远远不够，因此在新版的实验室电路中除了在以往电路中提供了电路的设计原理，使用的产品信息及测试数据外，还增加了实际的硬件平台包括原理图，布线图，材料清单(BOM)以及软件，驱动程序等信息。使工程师们更容易地进行测试、评估、集成，并缩短设计周期。

1. 超越参考设计的技术支持理念

ADI 公司2010年度全球品牌研究显示，参考设计是中国工程师利用率最高的设计信息资源(69%)，而 ADI 实验电路在参考设计的理念基础上实现了超越。与典型参考设计相似，ADI 公司提供的实验室电路都经过全面测试，并配有完备的文档，每个电路的设计和构建都严格遵循标准工程规范，电路的功能和性能都在实验室环境中以室温条件进行了测试和检验。但是，与参考设计不同的是，实验室电路主要针对子系统层次的集成。作为一种体积更小的模块化设计，实验室电路可当作构建模块集成到更大的系统之中。实验室电路不是独立系统，因此，其应用范围比专用参考设计更广。另外，参考设计可能成本高昂，但实验室电路的文档和设计文件都是免费提供的，有些甚至提供低成本的评估硬件。

2. 全面、详尽的设计资料

ADI 实验室电路内容全面，容易理解，有助于快速实现系统集成。为保证可靠、可重复的电路性能，实验室电路在测试数据、设计考虑和权衡因素、设计原则方面都进行了详细说明。并且，越来越多的电路还提供原理图、PCB (Gerber)布局文件、器件驱动和评估硬件。最新一代实验室电路还包括设计和集成文件，如原理图、物料清单(BOM)、布局文件、器件驱动程序(若适用)，并且还提供低成本的评估硬件。

所有实验室电路都包括电路笔记并提供测试数据，以帮助设计人员快速、准确地选择器件。在开发实验室电路的过程中，ADI 的工程师承担了费时的元件选择、设计、测试和调试工作，这为客户节省了大量的设计工作，为客户提供了一种低风险、即用型电路设计，可以轻松集成到终端系统之中。实验室电路预测并解决在将设计变为实际产品时可能会遇到的具体问题，从而最大程度地缩短上市时间。

实验室电路解决当今众多常见的复杂设计问题，从精密和高速数据转换到 RF 和数字隔离技术，涵盖面十分广泛。实验室电路适用于 ADI 众多产品和技术，针对不同市场领域而设计，比如仪表仪器、过程控制、无线通信及其它许多领域。这些电路可以在诸如下列应用中为工程师提供指导：如何针对低噪声、低功耗、易于集成等要求设计精密电子秤;如何实现全隔离输入/输出可编程逻辑控制器(PLC)模块;如何设计低功耗、长距离 ISM 无线测量节点等等。另外，还有针对诸如以下任务的通用型电路：单端-差分信号转换，实现可编程电流源，以及利用单芯片轻松实现 USB 隔离等。

3.工程师技术进阶的好帮手

实验室电路提供的设计建议并不仅仅局限于一个方面，可以扩展到很多应用场合，可以帮助工程师获得的更多的设计知识和使用经验。尤其对大部分中国工程师而言，他们普遍很年轻、缺乏丰富的工程设计经验，而通常企业也没有条件进行专门的培训，工程师必须加强自我学习的过程。ADI 的实验室电路是非常好的培训资料，掌握这些实践性很强的知识和经验，工程师可以在实际的项目设计中更加得心应手。

实验室电路的应用笔记文档中，大篇幅的内容都是阐述电路设计的细节，具体到以下的设计关键信息：设计中如何规划电路;如何选取器件参数值，为什么要这么选取;PCB 布局布线的时候要考虑哪些问题;怎样的电路设计才能达到最高的性能……而所有这些都是 ADI 技术专家从实际的电路应用中获得的实践经验!所以，对于工程师的学习过程而言，通过 ADI 实验室电路可以实现不断积累经验的过程。

参考设计是中国工程师利用率最高的设计信息资源(69%)，同时 ADI 公司内部的统计数据也显示出一些有意思的信息：在 ADI 公司网站的实验室电路相关的网页浏览中，来自中国工程师的浏览量超过50%。2010年每个月的统计结果显示，每个月的浏览数量处于不断上升的过程，增加的幅度越来越大，ADI 实验室电路正在成为越来越多的中国工程师的工程实践和学习的好帮手。

从2008年开始推出实验室电路以来，目前共有超过150篇实验室电路资源。ADI 在实验室电路上，未来将在每一个季度提供10到20个实验室电路内容。为满足中国工程师的设计需求，ADI 对全部的实验室电路均提供中文版本。