多通道ADC模块技术文档

本模块采用AD7606八通道同步采样ADC为核心，集成多路复用器和高精度参考电压源，实现16位分辨率、200kSPS的多路模拟信号同步采集。支持±5V和±10V双输入范围，内置可编程增益放大器和数字滤波器，具备过压保护功能，适用于工业控制、电力监测、传感器阵列、数据采集系统等需要多路同步采集的应用场合。

模拟输入1-8 → 输入保护 → 多路复用 → 增益放大 → 同步采样 → 数字输出
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   信号调理     过压保护    通道切换   PGA放大   AD7606     SPI接口
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   阻抗匹配     钳位保护    8:1 MUX   可编程    S&H阵列   并行/串行
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参考电压源    保护电路    控制逻辑   增益控制   转换控制   接口控制
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 ADR4540      TVS管      数字控制    范围选择   时钟管理   微处理器

多通道ADC模块采用AD7606作为核心转换器，这是ADI公司生产的16位、8通道、同步采样数据采集系统。AD7606集成了8个独立的SAR ADC、输入钳位保护、可编程增益放大器、基准电压源和数字接口，提供完整的多通道数据采集解决方案。

输入信号调理电路为每个通道提供统一的信号预处理。输入端采用高输入阻抗的仪表放大器结构，输入阻抗大于1MΩ，共模抑制比超过100dB。每个通道配置RC低通滤波器，截止频率设置为22kHz，有效抑制高频噪声和混叠失真。

输入保护电路采用多级保护策略。一级保护使用限流电阻和TVS瞬态抑制二极管，防止ESD和过压损坏。二级保护采用肖特基二极管钳位，将输入信号限制在电源轨范围内。AD7606内部还集成过压检测电路，输入超过±16.5V时自动关断相应通道，并提供告警信号。

AD7606内置8个独立的逐次逼近寄存器(SAR) ADC，每个ADC对应一个输入通道，实现真正的同步采样。同步采样消除了通道间的相位差，对于需要相位关系分析的应用非常重要，如三相电力系统监测、振动分析等。采样保持电路采用高精度采样电容，保持时间常数小于1μs。

可编程增益放大器(PGA)为每个通道提供两种输入范围：±5V和±10V。增益切换通过数字控制，可以软件配置每个通道的输入范围，适应不同幅度的输入信号。PGA采用斩波稳零技术，有效抑制失调漂移和1/f噪声，保证长期稳定性。

参考电压系统采用内部带隙基准和外部高精度基准相结合的方式。内部基准提供2.5V参考电压，温度系数典型值为5ppm/°C。外部基准接口支持ADR4540等超低噪声基准，可进一步提升系统精度。基准电压缓冲器提供足够的驱动能力，支持快速建立和低输出阻抗。

数字接口支持并行和串行两种模式。并行模式下，16位数据通过专用数据总线输出，转换时间约为2.85μs。串行模式采用SPI协议，支持菊花链连接多个AD7606器件，节省接口资源。数据格式为16位二进制补码，满量程对应±32768个数字码。

时钟和控制系统提供灵活的采样控制。转换启动可通过硬件CONVST信号或软件命令触发。支持单次转换和连续转换两种模式。内置转换时钟发生器，也可使用外部时钟源。转换完成信号BUSY提供转换状态指示，便于系统时序控制。

多路复用器扩展系统通道数量。通过外部模拟多路开关如ADG706，可将8个物理通道扩展到64个逻辑通道。多路复用采用时分方式，虽然失去同步采样特性，但显著增加了系统通道容量，适用于传感器阵列等应用。

电源管理采用多路低噪声稳压器。模拟电源和数字电源分离供电，减少数字开关噪声对模拟电路的影响。每路电源配置独立的滤波电容和铁氧体磁珠，进一步抑制电源噪声。电源时序控制器确保上电顺序正确，避免器件闩锁。

系统还集成温度监测、自检测试、校准存储等辅助功能。内置温度传感器实时监控芯片温度，支持温度补偿算法。自检模式可验证各通道功能正常。片内EEPROM存储校准参数，支持出厂校准和用户校准。

1. 电源连接：连接+5V模拟电源和+2.5V数字电源，确认LED1电源指示正常 2. 输入范围设置：通过SW1选择合适的输入电压范围（±5V或±10V） 3. 接口配置：通过SW2选择并行或SPI串行接口模式 4. 基准电压配置：通过JP1选择内部基准或外部高精度基准电压源 5. 信号连接：将8路模拟信号连接到V1-V8输入端，注意信号幅度匹配 6. 触发设置：配置转换触发模式，软件触发或硬件CONVST信号 7. 数据读取：通过并行端口或SPI接口读取16位转换结果

snippet.c

// AD7606寄存器定义
#define AD7606_CONFIG     0x02  // 配置寄存器
#define AD7606_CONVST     0x00  // 转换启动
#define AD7606_RANGE_5V   0x00  // ±5V输入范围  
#define AD7606_RANGE_10V  0x01  // ±10V输入范围
 
// 多通道同时采样
uint16_t adc_data[8];
void multi_channel_sample(void) {
    // 启动转换
    GPIO_SetBits(CONVST_PORT, CONVST_PIN);
    delay_us(1);
    GPIO_ResetBits(CONVST_PORT, CONVST_PIN);
 
    // 等待转换完成
    while(GPIO_ReadInputDataBit(BUSY_PORT, BUSY_PIN));
 
    // 读取8通道数据
    for(int i = 0; i < 8; i++) {
        adc_data[i] = read_parallel_data();
    }
}

- 信号调理：输入信号幅度应充分利用满量程，避免量化噪声 - 基准电压：使用外部高精度基准提升绝对精度 - 电源设计：模拟数字电源分离，使用低噪声稳压器 - PCB布局：模拟数字分割，减少数字噪声耦合到模拟电路 - 屏蔽设计：敏感信号线采用屏蔽措施，减少外界干扰

通过外部多路复用器可扩展到64路输入： - 使用8片8:1模拟开关（如ADG706） - 时分复用方式，失去同步采样特性 - 适用于传感器阵列、温度巡检等应用 - 扩展后单通道采样率降低至25kSPS

- 读数异常：检查基准电压稳定性，确认输入信号范围匹配 - 通道串扰：优化PCB布局，增加通道间隔离 - 转换超时：检查时钟信号，确认CONVST触发时序 - 精度不足：校准零点偏移，使用高精度外部基准

1. 多参数监测系统

1. 多路温度巡检仪（2009年B题）
2. 环境参数检测装置（2011年B题）
3. 多功能数据采集系统（2013年B题）
4. 温度测量与控制系统（2015年B题）

2. 电力电子监测

1. 三相正弦波变频电源（2005年A题）
2. 开关稳压电源（2003年B题）
3. 直流稳压电源（2019年A题）
4. 电动小车动态无线充电系统（2017年B题）

3. 工业控制应用

1. 直流电动机转速控制系统（1997年B题）
2. 步进电机驱动控制系统（2009年B题）
3. 风力摆控制系统（2017年A题）
4. 智能送药装置（2021年A题）

4. 多点温度测量

1. 数字式温度计（1995年A题）
2. 多路温度巡检仪（2009年B题）
3. 温度传感器测试仪（2017年B题）
4. 恒温箱控制系统（2019年B题）

5. 振动与位移检测

1. 简易数字式重力加速度测量仪（2007年A题）
2. 液体点滴速度监测装置（2011年B题）
3. 微弱信号检测装置（2019年B题）
4. 结构健康监测系统（2021年B题）

6. 音频信号处理

1. 音频信号分析仪（2005年A题）
2. 音频功率放大器（2011年B题）
3. 声音导引系统（2013年A题）
4. 声音信号的识别装置（2021年A题）

7. 生物医学信号

1. 心率测量仪（2003年B题）
2. 生物医学信号处理装置（2019年A题）
3. 多道生理参数监护仪（2021年B题）

8. 多相电机控制

1. 三相异步电动机变频调速系统（2007年B题）
2. 四旋翼自主飞行器（2015年A题）
3. 无线充电电动小车（2019年B题）
4. 智能机器人控制系统（2023年A题）

9. 电力系统分析

1. 数字式工频有效值多用表（1999年B题）
2. 低频数字式相位测量仪（2001年B题）
3. 三相电力参数测量装置（2015年B题）
4. 电能质量分析仪（2017年A题）

10. 多参数环境站

1. 气象数据采集系统（2011年A题）
2. 空气质量监测装置（2019年A题）
3. 农业大棚监控系统（2021年B题）
4. 智能环境监测网络（2023年B题）

11. 车载监测系统

1. 汽车倒车雷达（2013年A题）
2. 电动汽车无线充电系统（2017年B题）
3. 智能车载监控装置（2019年B题）
4. 新能源汽车电池管理系统（2021年A题）

- 同步采样：8通道真正同步采样，相位关系准确 - 高集成度：单芯片解决方案，减少外围电路 - 宽输入范围：±5V/±10V双范围适应不同信号 - 高精度：16位分辨率，90dB信噪比 - 灵活接口：并行/串行双接口，适应不同系统 - 完善保护：过压保护、自检功能保证系统可靠性 - 易扩展性：支持通道扩展和菊花链连接

本模块特别适合需要多路同步数据采集的竞赛项目，在电力监测、工业控制、传感器阵列、生物医学等领域具有广泛应用价值。其同步采样特性和高集成度使其成为多通道测量系统的理想选择。