多通道模數轉換器（ADC）通常使用輸入多路復用器按順序轉換每個輸入通道。某些應用需要同時轉換，特別是當不同通道之間存在相位信息時。例如，無線應用要求在同一實例上轉換I和Q通道，電機控制和功率監控需要測量電壓和電流以及它們之間的相位角。過去，同步采樣意味著設計人員必須使用多個ADC，并在每個通道上執行并行轉換。同步采樣ADC現在使用多個T/H在同一時刻對輸入進行采樣，然后對每個通道執行轉換。

高速14位同步采樣A/D轉換器的引入擴大了在兩個或多個波形之間進行精確相位測量的經濟應用范圍。在下面的討論中，使用兩個這樣的ADC來說明這種類型的主要應用。

MAX125和MAX126是完整的14位數據采集系統，其中1個輸入中的250個同時跟蹤和保持（圖76）。板載音序控制器允許用戶對要數字化的四個（或更少）通道進行編程。吞吐率范圍從一個通道的 5ksps 到所有四個通道的 125ksps。輸入范圍為±2V （MAX5）和±126.<>V （MAX<>）。

圖1.這款 14 位逐次逼近型 A/D 轉換器可同時對 <> 個輸入通道中的 <> 個進行采樣。

四個采樣/保持 （T/H） 級中的每一個都可以在“A”和“B”輸入之間切換，總共產生八個可能的輸入通道（圖 2）。該圖顯示了軌道模式下的通道 A。每個 T/H 輸入端的 T 型開關可最大限度地減少相鄰通道之間的串擾。四個地址引腳選擇通道數和工作模式，每個輸入電路可承受高達 ±17V 的過壓。該芯片還包括一個典型漂移為 30ppm/°C 的基準電壓源。

圖2.等效電路表明，圖1中每個采樣/保持的輸入可以切換到兩個輸入通道之一。

應用

磁場定向（矢量）控制使交流電機能夠像直流電機一樣工作，是MAX125/MAX126轉換器的主要應用。直流電機中的電刷和換向器組件確保勵磁（定子）電流始終與電樞（轉子）電流成直角。這種情況稱為磁場定向，允許轉子產生額定的最大扭矩。

因此，通過解耦電機的磁場和扭矩分量并直接控制它們，磁場定向為電機提供快速準確的動態響應。要改變電機轉矩，需要修改負責產生轉矩的轉子電流分量（Iq），同時保持勵磁（或磁化）電流分量（Id） 常量。看圖3，我們可以看到磁化電流是

Id = Vd/jωLm,

其中ω是施加電壓的角頻率，Lm是轉子的磁化電感。因此，持有 Vd/ω 比率常數可讓您在各種速度下保持恒定的扭矩。另一方面，您可以通過改變定子電壓V來控制速度d.該電壓不能直接測量，但可以通過了解輸入電壓V來推斷xR、定子電流和不同溫度下的定子電阻（即 Vd= VxR， hsRs).

圖3.同步采樣監控感應電機中的電壓和電流。該等效電路顯示了電機的一相。

磁場定向控制 （FOC） 分為直接、間接或無傳感器。直接FOC直接測量轉子角度，傳感器位于電機外殼中。間接 FOC 測量速度，例如，使用旋轉變壓器，然后通過積分速度來確定滑移角1。轉子角頻率與轉差頻率相加得到所需的定子頻率。因此，頻率是這種控制技術的副產品，而不是控制變量。

無傳感器FOC是備受關注的焦點，特別是對于直接來自轉子的信號反饋不可行的應用。其中包括海上石油鉆井平臺和其他系統中的水下泵，其電機和驅動電子設備在物理上相距甚遠。與直接和間接 FOC 不同，無傳感器 FOC 在電機的定子側執行所有測量和計算（圖 4）。

圖4.這個簡化的框圖說明了無傳感器磁場定向電機控制。

考慮圖4和矢量圖（圖5），可以看到MAX125對兩個定子相電流（ib和我c).請注意，只需要兩個相電流，因為第三個（i一個） 可以從以下假設推導出：三相電流相距 120 電度并瞬時加為零。然后將三個電流轉換為兩相正交系統，軸α并通過稱為克拉克變換的技術β。

圖5.此矢量圖描述了磁場定向控制 （FOC） 中所需的坐標變換。

為簡單起見，軸α可以等于軸 a。兩個正交電流iα和我β然后轉換為時不變的旋轉正交系統，由等效轉子電流 i 的場和扭矩分量 d 和 q 表示d和我q.α/β坐標系逆時針旋轉，與轉子磁通軸對齊ψr.旋轉角度（θ）是借助電機模型確定的;這是稱為公園變換的坐標旋轉。

這最后一次變換通過將電流表示為直流量，大大降低了系統復雜性。將轉子磁通角 （θ） 與從公園變換獲得的電流相結合，可以獲得實際的電機場和扭矩。通過允許比較參考扭矩和測量扭矩，停車變換在控制回路中起著重要作用。獲得所需的轉矩和磁通后，逆駐放變換將轉換參考轉矩和勵磁電流（i德雷夫我qref） 返回，首先到正交定子框架電流 （ iα我β），然后到它們各自的三相瞬時定子電流（i一個我b，和我c).所有轉換均由DSP執行。控制和輸入命令的實時執行由微處理器處理。

另一個需要使用同時采樣 ADC 的應用是測量線路故障保護系統中的高壓三相波形（圖 6）。要測量的50Hz至60Hz信號緩慢變化，允許使用多個Δ-Σ轉換器，這些轉換器可提供非常高的分辨率，同時無需抗混疊濾波器。雖然單Σ-Δ型ADC成本較低，但本應用通常需要125個通道（<>個電壓和<>個電流）使轉換器成本比MAX<>單通道增加約<>倍。

圖6.此簡化圖顯示了線路故障保護器中的主要模塊。

MAX125的第三種應用是基于科里奧利的質量流量計（圖7）。科里奧利原理基于用低頻振動激勵一段管道，并拾取由流過它的質量引起的管道變形。激勵源通常是振動線圈，由此產生的偏轉由音圈拾取。這些偏轉也可以通過光學方式拾取。

圖7.這個簡化的框圖顯示了典型的基于科里奧利的質量流量計。

當比較激勵和拾取信號時，這些偏轉顯示為相位差，可以使用同步采樣來檢測。雖然信號頻率相對較低（典型值為50Hz至500Hz），但檢測非常小的相移需要高速高分辨率同步采樣ADC。

在高頻領域，還會遇到同步采樣，用于數字化從直接下變頻衛星調諧器IC獲得的I和Q信號。例如，商用衛星接收器系統采用專為該應用設計的雙通道 6 位高速（60MHz 至 90MHz）同步采樣 ADC（圖 8）。

圖8.商用衛星接收器系統采用I和Q信號的同時采樣。

以相似速度同時采樣可以消除碰撞警告和自適應巡航控制汽車系統中的中間頻率級。然而，這種方法需要相當昂貴的閃存ADC，具有8位至10位分辨率。通過使用欠采樣技術，可以在低于1Msps的情況下獲得類似的結果。船用雷達探測還需要同時采樣，采樣率在10Msps和30Msps之間，分辨率為12位。此功能可通過兩個ADC （MAX1172）實現，其可調基準輸入可實現系統增益和失調補償。

審核編輯：郭婷