在设计用于精准监测和控制电流、电压及功率等关键电气参数的系统时，模数转换器 (ADC) 使用同步采样技术来同时监测和控制电压和电流。在这些系统中，速度和精度是决定性能的关键因素，它们直接影响到信号链的整体效果。此外，具备更高通道密度的 ADC 能够缩小电路板尺寸，同时提高数据传输效率。这篇技术文章将深入探讨如何通过高精度、高速 ADC 提升自动化半导体测试仪、数据采集设备和高端线性编码器等系统的精度和吞吐量。

自动化半导体测试仪

在半导体测试设备中，通道密度起着至关重要的作用，尤其是在自动化存储器测试设备中。通道密度越高，测试设备可容纳的测试站点数量就越多，受测半导体元件的吞吐量也越高。通过采用小封装尺寸、高通道数的 ADC，可以显著提高系统的通道密度。然而，即便是在高通道密度的情况下，优化 ADC 的带宽和稳定时间仍至关重要。更高的带宽和更短的稳定时间可以显著缩短信号的吞吐时间，从而缩短自动化半导体测试设备的总体测试时间。存储器测试仪通常采用多路复用技术，这要求 ADC 具有快速响应时间，以迅速捕捉多路复用器输出的信号。

图 1 展示了存储器测试仪中 ADC 配置的电路图，而 表 1 列出了德州仪器 ADS9817 的稳定时间和带宽模式。ADS9817 是一款采用 7 mm x 7 mm 封装的 18 位八通道双路同步采样 ADC。

表 1：ADS9817 带宽模式

ADC 的总体未调整误差 (TUE) 是另一个影响测试设备性能及其相关校准方法的重要因素。采用高精度的 ADC 可以提高系统的整体精度，并降低校准需求。ADS9817 拥有较低的积分非线性 (INL) 和超低温漂，其失调电压漂移为 0.5 ppm/°C，增益漂移为 0.7 ppm/°C。这样的精度规格显著降低了 TUE，减少了测试仪的校准工作量，并提高了测试性能。表 2 详细列出了 ADS9817 在各种工作条件下的测量精度。

表 2：ADS9817 在不同工作条件下的测量精度

数据采集设备

高速数据采集系统需要宽带宽且无混叠的精密信号链，以准确采集加速度计或宽带电流传感器等高频传感器的输出信号。为了在宽动态范围内准确采集快速瞬态信号，必须使用高速精密 ADC。数据采集系统通常需要具有大约 20 MSPS 的 ADC 来满足各种信号采集的需求。ADS9219 在 20 MSPS 下提供 95 dB 的信噪比，满足高速采集需求。

图 2 展示了数据采集系统的电路框图。集成式 ADC 驱动器简化了前端放大器的带宽要求，使数据采集系统在提供高精度和宽带宽的同时，能够有效地处理来自传感器的高频信号。

图 2：用于数据采集的 ADC 配置电路图

线性编码器

模拟增量编码器输出 1 Vpp 正弦和余弦信号，这些信号经过 ADC 转换后，用于伺服驱动器中的数字化过程。正弦和余弦信号的插值为伺服驱动器提供电机的位置和速度信息。为了准确完成信号的插值，系统需要两个同步采样通道。具有高精度要求的电机控制设备（如激光干涉仪或高端线性编码器）利用正弦和余弦信号来精确测量快速运动的电机，并执行运动控制。编码器的输出信号频率直接与电机转速挂钩，因此高端线性编码器需要支持高采样速率的 ADC。

ADS9219 和 ADS9218 分别是 20 MSPS 和 10 MSPS 的双通道同步采样 ADC，非常适合测量编码器的正弦和余弦输出。THS4541 是一款高速全差分放大器，可作为低功耗、高性能 ADC 驱动器。这些器件非常适合于正弦和余弦电机控制，因为它们能够同时高效采集两个信号，实现更精确的运动控制。电机控制器可以使用这些信号来精确控制电机运动。由于正弦信号和余弦信号之间具有 90 度的相位差，控制算法可以通过这两种信号检测电机的位置和转速。

图 3 展示了增量编码器系统的编码器框图。

图 3：具有 THS 器件的编码器方框图

结语

自动化半导体测试仪要求高通道密度、高速度以及一定的精度；数据采集设备需要快速采集信号；高端线性编码器则要求同步采样 ADC 来实现精确控制。德州仪器的 ADS9219 和 ADS9817 可以帮助设计更小尺寸、高精度的系统，最大限度减少终端设备的校准工作和停机时间，从而提升系统的整体效率和性能。

通过对这些技术和器件的优化，设计人员可以更好地满足各种应用场景中的高速采样与高精度要求。