許多數據采集系統(tǒng)都要求高精度和快速采集數據,以便允許該系統(tǒng)能夠檢測小信號并且能將更多的傳感器通道聚集在同一系統(tǒng)。傳感器通道越多,系統(tǒng)的外形就能夠越小,成本和功耗也越低。遠程光通信和醫(yī)用設備（例如,CT掃描儀）即得益于快速和高精度的數據采集系統(tǒng)。在光功率系統(tǒng)（例如,激光泵）中,需要不斷監(jiān)視其功率水平。在這種數據采集系統(tǒng)中,對于需要≥90dB動態(tài)范圍的輸入激光功率,其激光控制環(huán)路響應時間要求具有1MSPS的采樣率。在CT
許多數據采集系統(tǒng)都要求高精度和快速采集數據,以便允許該系統(tǒng)能夠檢測小信號并且能將更多的
傳感器通道聚集在同一系統(tǒng)。傳感器通道越多,系統(tǒng)的外形就能夠越小,成本和功耗也越低。遠程光通信和醫(yī)用設備（例如,
CT掃描儀）即得益于快速和高精度的數據采集系統(tǒng)。在光
功率系統(tǒng)（例如,激光泵）中,需要不斷監(jiān)視其功率水平。在這種數據采集系統(tǒng)中,對于需要≥90
dB動態(tài)范圍的輸入激光功率,其激光控制環(huán)路響應時間要求具有1MSPS的采樣率。在CT掃描儀中,數據采集系統(tǒng)必須具有
16b到
22b的分辨率,以便處理通過各種人體組織的寬動態(tài)范圍的X射線信號。該系統(tǒng)需要大量的光檢測器（較多的數據采集通道）和高精度數據采集以提高圖像分辨率。
以上兩個例子說明了系統(tǒng)要求的是相對精度,而非絕對精度。盡管能夠檢測出10nW的功率變化相對于1μW的輸入光功率很重要,但同樣的10nW變化作為1.00001mW與1mW之差的絕對值則顯得無足輕重。然而表征模數轉換器（
ADC）精度的技術指標--積分線性誤差（
INL）是一種絕對誤差。為了獲得最佳相對精度,本文提出一種創(chuàng)新的解決方案是在精密ADC前端使用可編程增益放大器（
PGA）。AD7677 ADC的滿量程線性誤差為±
15ppm（在16 bit分辨率條件下為±1
LSB）。在此ADC前端的PGA達到穩(wěn)定狀態(tài)的建立時間必須足夠快,以便與具有相同分辨率ADC的轉換速度相匹配。另外,該PGA還必須具有盡可能低的噪聲,因為它決定數據采集系統(tǒng)的信噪比（
SNR）。為了解決這些問題,本設計中的放大器采用AD8021運算放大器,它具有滿足設計要求的速度、精度和快速建立時間,并且其電壓噪聲譜密度僅為2 nV/√Hz。圖1示出該PGA增益設置與其ADC精度的對應關系。當輸入信號幅度很低時能使該系統(tǒng)達到19 b精度。
（SeeFig 1 of original article）
圖1 在16位 ADC前端使用一個PGA能將其精度提高到19 位ADC的相對精度通常是指在滿度范圍被校準的情況下,任意數字量所對應的模擬量實際值與理論值之間的偏差最大值,用相對滿度范圍百萬分比（ppm）表示（也可用百分比,或LSB表示）,再加減（±）其系統(tǒng)測量過程引起的最小絕對誤差所對應的ppm。圖2所示的電路設計能達到107ppm±1.9ppm的相對精度。模擬多路復用器
IC4含有多個帶寬較小的通道以便利用ADC的1MSPS采樣率。因為PGA對多路復用器表現為高輸入阻抗,所以可級聯(lián)多個多路復用器,從而增加通道數。多路復用器還具有一個校準輸入端口,從而利用一個校準基準電壓就可以簡便地校準每次增益設置引起的失調電壓和增益誤差。校準僅需要在加電或工作條件（例如,溫度）發(fā)生變化時進行。放大鏈路由多路復用器、比較器、前置放大器和ADC組成。AD7677具有逐次逼近型結構,它允許放大鏈路中的單獨部分同時工作。當ADC對一個通道進行采樣時,其比較器和放大器可以使隨后的通道達到穩(wěn)定。因此,該數據采集系統(tǒng)能以ADC的最大采
