合适的模拟前端 (AFE) 对于实现稳健、和准确的模数转换至关重要。由于不同系统和机器之间存在差异，通常可以使用可编程逻辑控制器 ( PLC ) 来控制许多复杂参数。为了完成此任务，通过模拟输入模块，可以使用不同的传感器和信号。许多传感器（如压力、流量、温度和重量）都有代表测量量的模拟输出。因此，需要许多和准确的模拟信号输入来生成数字输出。然而，模数转换只是任务的一部分。节点、传感器、模拟输入模块和 PLC 之间的连接发生在生产工厂中，该环境以电噪声和其他干扰因素（如EMI）而闻名。因此，稳健的 ADC 对于在如此恶劣的条件下有效运行至关重要。
新型多路复用 ADC 提供高集成度、高精度、高灵活性和稳定性
PLC 包含许多模拟电压输入来监控其系统，这意味着具有大量通道。
例如，使用具有 11 个单端或 6 个带缓冲器的差分输入的 ADC 可以实现高通道数。输入的单端或差分特性使其能够轻松与不同的传感器连接。此外，将其中一些通道??分配到较低的输入范围对于使用外部检测电阻进行电流测量非常有用。在现代多路复用 ADC 中，例如 AD411x 系列中的某些产品，此类检测电阻已集成到组件中。
AFE 集成了关键无源元件，例如采用 ADI 公司i Passives技术的低漂移匹配 1 MΩ 和 10 MΩ 分压器，无需使用昂贵的外部元件。这样可以实现更高密度，同时通过化解决方案占用空间、重量和电路板空间实现更优化的解决方案。
图 1：新一代多路复用 ADC 的内部结构（来源：ADI）
的多路复用 ADC（如AD4116）具有低功耗、低噪声、24 位、∑-Δ ADC，集成了极高阻抗 AFE。图 1 显示了该器件的内部结构。为了获得的灵活性，可以独立配置输入。每个设置都允许用户启用或禁用缓冲器、校正增益和偏移、选择滤波器类型、选择输出数据速率 (ODR) 以及选择参考源。
灵活选择不同的电压参考源使设计任务更加容易。这些多路复用 ADC 具有多种参考源选项，例如内部低漂移 2.5 V 源、通过差分 Ref+ 和 Ref- 引脚的外部参考源或使用模拟电源 (AVDD-AVSS)。对于外部参考，此类 ADC 在两个参考输入上都具有真正的轨到轨、集成的精密单位增益缓冲器。这些具有高输入阻抗的缓冲器允许将高阻抗外部源直接连接到这些输入。
类似地，现代 ADC 的用户可以从内部振荡器、外部晶体或外部时钟中选择时钟源；这种灵活性简化了设计过程。
在模拟方面，输入是决定多路复用 ADC 稳定性的关键部分，因为它从外设接收外部电压。使用单个 5 V 电源，像 AD4116 这样的现代多路复用 ADC 可以实现高达 ±20 V 的输入范围。由于 ±65 V 的额定值，该 ADC 甚至可以适应超出这些电压的输入电压，而不会损坏设备。但是，在这个输入范围内，可能会牺牲准确性。外部保护设备（如图 2 所示的 TVS）可以保护 ADC 超出额定值。在数字方面，CRC 校验和增强了接口的稳定性。
如图 2 所示，ADC 输入端的 RC 低通滤波器有助于抗混叠和噪声滤波。重要的一点是，滤波电阻与 ADC 的输入阻抗串联。该电阻会影响内部分压器比，从而导致增益误差。然而，如果 ADC 的输入阻抗非常高（如 10 MΩ），则分压误差将非常小。例如，如果使用 180 Ω，则误差仅为 0.0018% 左右。此外，可以通过系统校准或调整增益设置来消除此误差。前者可以通过利用的多路复用 ADC 提供的校准模式来完成。这些现代 ADC 具有四种子校准模式：内部零电平、内部满量程、系统零电平和系统满量程。
除了校准模式之外，对于正常操作，其他选项包括连续转换模式、连续读取模式或单次转换模式。为了在功率预算受限的系统中节省电量，用户还可以激活待机或断电模式。
额外集成功能
的多路复用 ADC 具有高集成度，因此在典型的自动化应用中具有更大的灵活性。例如，有四个集成的通用输入输出 (GPIO) 引脚，其中两个可配置为数字输入或输出，而另外两个可单独配置为数字输出 (GPO)。这些 GPIO 或 GPO 引脚可用于控制额外的外部多路复用器。使用外部多路复用器，可以进一步增加通道数。另一个集成功能是可编程延迟块，可在 ADC 开始采样之前启用。此延迟允许外部多路复用器或放大器稳定下来。的 ADC 默认生成 24 位转换。但是，可以通过控制位将转换宽度降低到 16 位，以便在一些微控制器中更轻松地处理数据。
集成温度传感器可帮助监测设备运行时的环境温度。它还可用于诊断目的，或作为应用电路因工作温度可能发生变化而必须执行校准程序的指示器。
图 2：典型连接图（来源：ADI）
结论
的多路复用 ADC 具有高精度，并且易于集成，可满足现代生产工厂和工业应用对性能和稳健性日益增长的需求。同时，设计人员可获得更大的灵活性，更快速、更轻松地满足系统性能要求。
