ADI在数据采集系统领域的新技术与发展趋势

　　数据采集系统是对传感器或所需测量或处理信号进行采集、数字化、存储、分析和显示的一个完整信号处理链路。图1是一个典型的数据采集系统。

　　数据采集系统对模拟器件提出的挑战

　　众所周知，近20年来，与数据采集系统相关的PC技术及数字信号处理技术得到了飞速的发展，处理速度提高了三个数量级，PC总线的带宽获得了500倍的提高，同时系统工程师的设计难度、系统设计成本都随着技术的进步和工艺的提高大大降低。另外，USB和以太网接口等接口技术正在数据采集系统中得到越来越广泛的使用。PC、笔记本电脑甚至PDA基本都配有以太网、USB或IEEE 1394接口，便携式数据采集系统越来越得到用户的青睐。这些数字信号处理技术的发展对数据采集系统中模拟信号的处理能力提出了挑战。为了使数据采集系统整体性能获得提升，模拟器件也正向着高速度、高精度、低功耗、小封装和低成本的方向发展。以NI公司的数据采集产品为例，NI公司最新的高性能M和S系列产品使用的是一个或多个16位或更高分辨率的ADC，采样速率大于1MSPS，PXI-5105则使用了8个12位分辨率、60MSPS采样率同时进行采样的ADC。而在八十年代后期的数据采集产品中使用的仅是单个12位分辨率、10KSPS的ADC，而且新产品相对于老产品，成本会更低。

　　ADI在数据采集系统领域的新技术和产品

　　针对更高性能和多种多样的数据采集系统对模拟器件提出的要求，ADI一直在研发上投入大量资金，在技术上不断创新并倾听客户的需求，创造出更新的技术和工艺，并生产出更高性能和更适合客户使用的产品。图2是典型数据采集系统的信号处理链路。在这个信号处理链路中，传感器、放大器、多路复用器、模数转换器(ADC)、隔离器等模拟器件的性能直接决定了数据采集系统的整体性能。ADI在这些器件的技术和工艺方面都拥有专利，并提供基于这些先进技术的多种产品。下面将会介绍这些新技术及相关产品。

　　iCMOS工艺及产品

　　iCMOS(industrial CMOS)是ADI在工业领域推出的新工艺。这种iCMOS制造工艺能使采用亚微米工艺尺寸的芯片承受高达30V的电压，如图3所示。其中可选的漏极扩展允许工作电压高达50V。除了高压CMOS外，iCMOS工艺技术包括高压、完全互补双极工艺器件，因此iCMOS能够集合互补双极工艺的高性能、CMOS工艺的高效率以及高电压等多种优势。iCMOS工艺的主要特点是它能使单元电路与衬底之间或单元电路与单元电路之间完全隔离。这就意味着通过对同一单芯片施加多种电源电压，一颗单芯片能实现5V CMOS电路和16V、24V或30V高电压的CMOS电路混合和匹配。因此，按照ADI公司的iCMOS工业制造工艺制造的模拟IC允许工业设备开发商采用亚微米尺寸单片集成电路制造工艺将现代数字逻辑电路与高速模拟电路集成在一起，因此iCMOS器件可以实现更高的性能、更高的集成度、更低的功耗并且其小封装尺寸是任何其他同类高电压IC都未曾达到的。

　　基于iCMOS工艺，ADI推出了模数转换器、数模转换器、运算放大器、模拟开关等一系列新产品。AD761x和AD763x就是基于iCMOS工艺的16位和18位分辨率、750KSPS采样率的PulSAR?誖系列ADC，以满足工业客户对更高效率和更低成本的数据转换器的需要。对于数据采集系统来说，客户通常需要电平搬移和增益级来满足不同输入范围的双极性或单极性模拟输入信号的需要。这种前端信号调理通常是通过外部设置或者编程来实现，是费时和高成本的方法。通过使用ADI专利的iCMOS工业工艺技术，只需要对ADC内部寄存器进行编程，即可非常灵活地实现四种输入范围的设置(单极性0~5V，单极性0~10V，双极性-5V~+5V， 双极性-10V~+10V)并且无数据延迟。这样，省去了前端信号调理电路，很大程度上节省了成本，缩小了电路板尺寸，降低了设计复杂度。功能和性能的结合以及50%芯片尺寸的减小和同类产品一半的价格都是前所未有的。

　　基于iCMOS工艺，ADI为工业和数据采集应用推出了一系列多路复用器和开关产品——ADG12xx和ADG14xx。它们可以工作在±12V或±15V高电源电压下。ADG14xx的导通电阻小于5?赘，导通电阻的平坦度小于0.5?赘。相对于工业界中标准导通电阻缩小了约85%，因此减小了开关过程引入到信号中的失真。ADG12xx的关断电容小于2pF，电荷注入小于1pC，是工业界具有最低电容和电荷注入的开关，非常适合要求低毛刺和快速建立时间的数据采集系统，从而提高了数据采集系统的速度。同时，iCMOS还使这些产品的封装和功耗大大降低。以ADG1233为例，它是三个SPDT开关，16脚4mm×4mm LFCSP封装，它的小封装与同类产品相比节省电路板面积77%，而且超低的功耗（<0.03?滋W）使它也适合于便携式设备应用。