繼數代定制型台式儀器儀表之後，技術的發展繼續朝着更靈活、軟體控制以及尺寸更小的子產品化儀器儀表方向前進。然而，降低功耗以實作噪聲和測量精度目标依然極具挑戰。
移動性的實作是擯棄台式儀器儀表的一個因素。基于定制和機架的大型系統從物流角度來講有局限性。将工作櫃/桌面裝置分拆成較小的節點可實作自定義配置，并針對測試站點或對象的環境和尺寸優化儀器儀表。通過将測量儀器儀表拆分成較小的節點可以改善移動性，并減少接線和安裝麻煩。與本地移動儀器儀表的接線連接配接比部署長線纜回到中央機架或台式儀器儀表容易。花在驗證接線和更正錯誤接線上的時間也能節省下來。尺寸的變化暫且不論，對良好的測試性能、确定性以及精度的要求依然存在。
1應用領域
高動态範圍的子產品化平台儀器儀表是二十一世紀測量裝置的基本要求。儀器儀表為各式各樣專業領域的進一步創新、研究和開發提供了所需的測量能力。
材料科學研發領域的測試，從風車葉片的結構分析到渦輪機的健康程度、維護保養和電氣輸出。測量應力/壓電傳感器的輸出、調理電壓并實作量化分析以便進行結構健康和材料開發，同時提供無幹擾的清晰測量。汽車座艙噪聲測量。原型開發期間對座艙内的麥克風輸出進行數字化，實作更快速、更精确的控制環路，提升工廠生産吞吐率。 電氣測試：音頻測量，針對語音激活控制和操作開發進階麥克風子產品和揚聲器。參數測量精度和速度與測試成本有關的無源和有源電子器件中ATE内的電氣測試。EEG需要接近直流的特定帶寬内的極高動态範圍。要求更低的功率，以便将數百個同步測量通道封裝在小尺寸内。
這些種類繁多應用具有同樣複雜的通道數。工業應用中的标準8通道子產品擴充至512通道及以上，用于EEG測量。關鍵是将前端測量設計擴充至大量通道，同時保持同步采樣。它是資料的基礎，指導了整整一代産品的研究、開發、生産和最終使用。
在創造更小封裝的同時保持測量通道密度要求高功效。增加模數轉換器(ADC)和鍊路的動态範圍（促使其向110 dB發展），同時将電流消耗限制在合理範圍内，這是一場持久戰。平衡動态範圍、輸入帶寬和電流消耗不是容易的事。
依靠 AD7768 和 AD7768-4 能力實作的新ADC子系統已經問世。它可以憑借數字化能力實作更寬的帶寬、比以往更高的精度，提供多通道中的保真度和同步采樣。它還具有解決散熱難題的工具，可平衡高動态範圍子產品化系統設計中的動态範圍、輸入帶寬和電流消耗。
2可重配置散熱尺寸、軟體可程式設計測量帶寬
AD7768可适應測量場景。散熱、更小的空間以及缺少主動式冷卻都是子產品化儀器儀表的限制，而AD7768采用内置操作模式，提供快速、中速和節能調節。對于給定的輸入帶寬，使用者可決定功耗高低，進而減少子產品内的熱量。一個例子就是在51.2 kHz的輸入帶寬内進行數字化。這類帶寬常用于FFT式分析，因為它在FFT輸出中提供整數倉大小。AD7768采用磚牆數字濾波器幀，需要輸入帶寬。低紋波通帶和陡峭的過渡帶結合頻率超過51.2 kHz時的全衰減，意味着奈奎斯特頻率附近不會出現折返。對于AD7768，使用者可以選擇快速或中速工作模式。該決策必須權衡電流消耗和動态範圍，具體取決于系統限制哪個因素。下面我們看看具體情況：
圖1. 數字化50 kHz輸入帶寬。快速模式性能，FFT表示采用ADA4896-2驅動的性能。（AD7768為快速模式，dec × 64得到輸出速率為128 kSPS）預充電模拟輸入緩沖器開啟。
圖2. 數字化50 kHz輸入帶寬。中速模式性能，FFT表示采用ADA4896-2驅動的性能。（AD7768為中速模式，dec × 32得到輸出速率為128 kSPS）預充電模拟輸入緩沖器開啟。
這裡展示了動态範圍和電流消耗的權衡，使用下列基本設定：MCLK = 32.768 MHz，低紋波通帶濾波器（“磚牆”），每種模式128 kSPS資料速率，采用1 kHz輸入正弦波數字化50 kHz輸入帶寬，滿量程以下–0.5 dB。圖1和圖2顯示了ADC性能對比：模拟輸入正弦波的一個出色的低失真數字版本。中速模式可降低電流消耗，但犧牲噪聲和3 dB動态範圍。
表1. 數字化并建立51.2 kHz帶寬的FFT。選擇最高的動态範圍或最低的電流消耗。
1注意, ，某些供應商将此數字表示為SNR（短路輸入噪聲）。AD7768采用完整正弦波進行測試，實施真SNR所需的完整基準範圍。
2包括預充電模拟輸入緩沖器。預充電緩沖器降低模拟輸入電流以及輸入幅度，使模拟輸入更易于驅動前置的驅動器放大器。開啟預充電緩沖器後，AD7768可提供失真性能上的獨特優勢
在一個經典的51.2 kHz測量帶寬執行個體中，使用者可以選擇降低電流，或最大化ADC的動态範圍。不僅功率調節适用于ADC，此外還有一些針對ADC前的驅動器放大器電路的連鎖效應。如圖3所示，子系統還包括一個驅動器放大器，通常帶有信号調理，用于抗混疊。
圖3. ADC子系統功耗調節：驅動器放大器尺寸面積上可重新安裝功耗更低的放大器，配合ADC功耗調節。
可選擇功耗不同的放大器比對各種功耗模式。此表表明，以後可擴充快速模式的最初設計，用于中速或節能模式，且基本尺寸不變，但電流消耗降低。
表2. 将ADC功耗模式應用到有效的驅動器放大器解決方案中。
調節至中速模式的較低功耗放大器有助于進一步降低電流消耗。中速模式下使用ADA4807-2或ADA4940-1的性能以圖4和圖5表示，其中在50 kHz輸入帶寬範圍内數字化交流或直流。
圖4. 中速模式性能，FFT顯示ADA4807-2驅動ADC預充電模拟輸入緩沖器開啟時的性能。
圖5. 中速模式性能，FFT顯示ADA4940-1驅動ADC預充電模拟輸入緩沖器開啟時的性能。
調諧和調節測量子系統功耗的能力具有兩個優勢。首先，靈活的嵌入式功耗調節允許随時靈活改善測量範圍或測量持續時間（例如，子產品是否由電池供電）。其次，可以提供建立基礎平台設計的能力，該平台可設定和适配特定的測量帶寬和性能點，以便開發定制型儀器儀表，應對确切的最終客戶測量挑戰。
3軟體可配置輸入帶寬和延遲
除了使用AD7768 調節ADC電流消耗和動态範圍外，還有可配置濾波，能适配測量解決方案。磚牆、低紋波濾波器能很好地提供寬頻率範圍内的增益精度。其缺點是具有較長的積分/均值時間。是以，AD7768的群延遲相對較大，在看到模拟輸入的數字版本以前會存在34個資料周期的延遲。為了提供相對時間軸，當工作在250 kSPS的快速模式時，每一個資料轉換周期為4 μs，是以群延遲為136 μs。在控制環路中，或快速響應比頻率範圍内的增益精度更重要的應用中，可能無法容忍這一缺點。使用sinc5濾波器可以實作這些高動态範圍測量。相對于寬帶濾波器，該路徑可降低10倍的群延遲。
AD7768一個有用的功能是，允許使用者在通道中混合使用各種類型的濾波器。每一個ADC都可被配置設定給兩組通道之一。之後，每組都可被配置設定給兩個濾波器之一，并從六個可用的抽取速率中選擇一個進行設定。這項功能可讓八個ADC完成不同的測量類型，并允許通過軟體設定進行配置，如同每個ADC都是獨立的。一個示例場景是，監控重要工業資産時，使用者可能希望測量4 mA至20 mA發送器或電壓輸出發送器的直流輸出，同時在另一個模拟輸入通道上測量振動傳感器。可以讀取發送器的直流響應，并饋入控制環路，同時在另一個同步通道上測量振動。混合使用輸入帶寬和延遲的能力是為工業設定建立定制型高價值儀器儀表的基礎：一個儀器儀表具有兩種功能，即運作流程變量并對工廠振動資訊進行積分，兩者在一個系統上同時完成。
圖6. sinc5濾波器與寬帶濾波器的群延遲對比。Sinc5針對模拟輸入提供快速響應，适合環路延遲必須最小化的控制環路應用。綠點表示群延遲時刻的樣本，粉點表示每一個濾波器的最終建立值。
圖7. 為不同類型的濾波器配置不同的ADC通道。兩個群：A為寬帶，B為sinc。各群的抽取速率還可通過SPI配置。
4高性能、可擴充高速度以及低功耗
大型固定儀器儀表正逐漸轉換為更具移動性、更靈活的裝置。它們能為各種行業、市場和應用的進階開發和創新提供高價值潛力。面對如此具有挑戰性的動态範圍、輸入帶寬和電流消耗，使用進階ADC有助于緩解這些難題，并為設計人員提供更強大的工具。