ADI实验室电路：工程师创新设计的选择

这是今年在深圳举办的第17届国际集成电路展览会暨研讨会（IIC-China）上发生的真实一幕：从东莞赶来的一位工程师带着自己的为测试直流电机脉冲发生器而设计的全桥逆变电路来到ADI公司展台上向技术专家讨教，这是他借鉴ADI公司官网上免费提供的一个实验室电路（Circuits from the Lab）资料而开发的。但当初为了节约成本，这位工程师省去了实验室电路中原本存在的几个并非无关紧要的元件，导致电路不能正常工作。ADI专家对最初的经过验证的全桥驱动实验室电路和这几个不可或缺的元件进行了细致的分析，帮他解决了疑惑，终于这位工程师带着满意的笑容离去。

“实验室电路”是ADI公司所倡导的“Design Convenient”（设计便利）服务战略的一个重要组成部分，也是ADI公司针对模拟电路设计这门艺术科学专门打造的特色技术服务。事实上，ADI早在2008年就开始推出“实验室电路”，迄今为止已累计开发出将近300个实验室电路，并仍在以每季度20个左右的数量不断递增。从IIC-China现场的热烈反响来看，很多中国工程师对ADI公司成熟且免费的实验室电路资源并不熟悉，但经过了解之后，他们发现这正是他们十分渴求的一种高附加值的技术支持和服务。

图1.ADI公司官网的实验室电路首页。

登录ADI公司官网的实验室电路页面（http://www.analog.com/zh/circuits-from-the-lab/index.html ），任何用户都可以通过选择电路或者应用类型甚至选择设计所要优化的目标（如功效、精度、速度、低失真、低成本、温度稳定性等）来搜索合适的实验室电路。目前ADI的实验室电路覆盖ADC驱动器、时钟、DAC输出、滤波、接口、隔离、电源、RF/ IF、采样保持、传感器接口、开关、基准电压源等各种电路类型，适用于从航空与国防、汽车、楼宇、通信、消费电子、娱乐系统到能源、医疗保健、仪器仪表、马达和电力控制、过程控制和工业自动化、安全与监控等等广泛的应用场合。

技术教育性和实用性兼备

如果说应用笔记和技术文章是起到培训和学习的作用，Total Solution可帮助客户快速的完成设计，那么ADI提供的实验室电路可以说是介于两者之间，即有技术教育价值，又具有实用性，但通常比Total Solution适用面更广，属于更局部/更模块化一些的电路，非系统级层面，但可直接作为构建模块整合到系统中去。

集合ADI优势技术资源打造的这种实验室电路辅以详尽的文字和图片，深入分析了电路设计的思路、设计方法、设计难点和建议以及测试结果，便于工程师学习研究，掌握如何使ADC/DAC、放大器、隔离器、电源管理等模拟混合信号器件性能发挥到极致或者达到最好的效率。这些电路都经过全面测试，并配有完备的文档，每个电路的设计和构建都严格遵循标准工程规范，电路的功能和性能都在实验室环境中以室温条件进行了测试和检验，非常成熟和实用，因此工程师也可以在设计中直接参考使用。

通过这些经过验证的、详尽的电路设计文档、原理图、测试数据，以及更多配套的设计资源（物料清单、PCB布局Gerber文件、器件驱动、低成本评估板硬件和软件等），工程师可以大幅缩短学习和设计周期，并克服不擅长模拟及混合信号电路设计的挑战，提高设计成功率，为创新设计开发带来极大便利。

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一个实验室电路是怎样炼成的？

“ADI实验室电路的思路都是从我们全球各区域实际客户和市场的反馈和需求得出，具有很强的代表性，可应对那些通用的设计难题。这些电路凝聚了集体智慧和优势技术资源，ADI公司具备多年设计经验的工程师通过开发而来。”ADI公司核心应用团队资深工程师Michael Hu表示。

Micheal以CN0185为例介绍了一个实验室电路的诞生过程。

ADI台湾的一位资深FAE在与客户沟通的过程中了解到，目前的线性模拟隔离器方案较贵，希望能开发出一种低成本的方案。于是这位FAE将此想法反馈给core-application技术支持团队，将其放在ADI内部的idea community在线交流平台上，然后邀请其他地区的FAE、市场行销部门同事、资深应用工程师、专家对此发表意见，评估这个项目的价值。专门的团队收集到各种反馈后，会召开会议进行综合评估及审核，决定是否进行这种电路的开发。被批准的实验室开发项目会由最熟悉该技术领域的技术人员接手，如产品线工程师或core-application技术支持团队，进行电气原理图和PCB设计、电路测试、技术文档撰写等工作，有时还会根据客户需要进行评估板开发和小批量生产，以最低成本价格配套提供给客户。

图2. 采用AD7400A的模拟隔离器实验室电路CN0185（原理示意图：未显示去耦和所有连接）。

图3: CN0185的评估板EVAL-CN0185-EB1Z实物图。

CN0185的诞生就经历了这一流程，前后历时4-5个月的时间，这个项目的具体开发工作分配给了中国的核心应用（core-application）团队。这是一种完整的低成本模拟/模拟隔离器解决方案，它提供2500 V rms的隔离值（1分钟，符合UL 1577标准）。该电路基于AD7400A，AD7400A是一个二阶Σ-Δ型调制器，提供数字隔离的1比特数据流输出。被隔离的数据流信号利用一个基于双通道、低噪声、轨到轨运算放大器 AD8646的四阶有源滤波器恢复成模拟信号。ADuM5000 用作隔离端的电源，两端完全隔离，系统仅需使用一个电源。该电路具有0.05%的线性度，并能获益于调制器AD7400A和模拟滤波器提供的噪声整形。

该电路的应用场合包括电机控制和电流监控，同时它还能有效替代基于光隔离器的隔离系统。关于CN0185的详细电路描述、模拟有源滤波器设计原理分析、电路评估和测试设置、完整设计支持包，可点击此链接获得：www.analog.com/zh/circuits-from-the-lab/CN0185/vc.html。

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贴近中国需求的热门推荐

据Michael介绍，ADI中国核心应用团队除了参与全球范围的实验室电路项目开发，还在逐步加强与本地FAE团队的沟通，希望推出更多针对本地客户特色需求的电路。“当然，其实很多需求是无国界的，其他国家客户感兴趣的实验室电路也往往得到中国客户的极大关注。例如，CN0196实验室电路的想法当初是由欧洲地区FAE团队提出的，但目前从ADI中文官网的后台跟踪记录来看，其相关文档资料在中国地区的下载量也很大。”他透露。

CN0196电路（http://www.analog.com/zh/circuits-from-the-lab/CN0196/vc.html）可用于电机控制、带嵌入式控制接口的电源转换、照明、音频放大器和不间断电源(UPS)等应用中，是一个由高功率开关MOSFET组成的H电桥，MOSFET受低压逻辑信号控制。该电路为逻辑信号和高功率电桥提供了一个方便的接口。H电桥的高端和低端均使用低成本N沟道功率MOSFET。该电路实现了控制侧与电源侧之间的隔离。

图4. CN0196:使用ADuM7234隔离式半桥驱动器的H电桥（原理示意图：未显示去耦和所有连接）。

图5. CN0196的评估板EVAL-CN0196-EB1Z实物图。

现代微处理器和微控制器一般为低功耗型，采用低电源电压工作。2.5 V CMOS逻辑输出的源电流和吸电流在μA到mA范围。为了驱动一个12 V切换、4 A峰值电流的H电桥，必须精心选择接口和电平转换器件，特别是要求低抖动性能。

CN0196电路采用了低压CMOS器件ADG787，提供驱动半桥驱动器ADuM7234所需的2.5 V控制信号到5 V逻辑电平的转换。ADuM7234是一款隔离式半桥栅极驱动器，采用ADI公司iCoupler技术，提供独立且隔离的高端和低端输出，因而可以专门在H电桥中使用N沟道MOSFET。使用N沟道MOSFET有多种好处：其导通电阻通常仅为P沟道MOSFET的1/3，最大电流更高；切换速度更快，功耗得以降低；上升时间与下降时间是对称的。整个电路最左侧的ADuC7061是一款低功耗、基于ARM7的精密模拟微控制器，集成脉宽调制(PWM)控制器，其输出经过适当的电平转换和调理后，可以用来驱动H电桥。

除了CN0196，近来ADI中国核心应用技术支持团队还开发了一系列实用经典的实验室电路（见下表），以便更好地服务中国客户并与全球各地区共享这些资源。正如文章开头提到的真实例子，“我们希望这些电路正好都是客户需要的，再加上我们强有力的设计协作与客户支持，帮助客户的科研和创新开发项目早日取得成功！”Michael表示。

附：ADI中国技术支持团队开发的一些热门实验室电路