高温构造

本参考平台采用适合在200°C条件下工作的组件和其他材料制成。平台上使用的所有组件均为各自制造商指定的高温工作组件（另有说明时除外），并且全球经销商网络已经开始大量供货。全部BOM、PCB布局图和装配图纸都随参考设计包免费提供。

电容

用C0G或NP0电介质电容进行小容值的滤波器和去耦。这些电介质电容的温度系数表现极其平坦，一般而言，其对屈曲应力的耐受性更好。为使RC滤波器具有高Q、低温度系数，并且在变化电压下具有稳定的电气特性，建议使用C0G或NP0型电容。我们用小尺寸0805或以上陶瓷器件减小了组件与PCB之间的CTE失配。出于大量存储需要，我们选择了高温钽电容，并在尺寸与ESR之间进行了平衡。实际上，图8最终表明，使用100 kΩ和1 MΩ电阻时，稳定性确实会受到影响。由于输出电压会受到严格滤波，所以，栅极电压就变成了振铃检测器。振铃表示相位裕量糟糕或为负值，振铃频率显示交越频率。

电阻

设计主体部分采用薄膜SMT电阻（汽车级PATT系列），市场上货源充足。另外，根据设计需要，针对特定值和尺寸选择了部分厚膜SMT电阻。

连接器

电路板连接着一个额定温度为200°C的Micro－D，后者常用于高可靠性行业。为了减少信号串扰，我们对连接器外壳进行了特别处理，将其接地至组件中的PCB。对于要求最高信号完整性和最低串扰的应用，则要采用高温专业连接器（或者无连接器）和同轴或屏蔽平衡输入，以减少串扰。

PCB设计和布局

在井下应用中宜选择狭长形的PCB，因为这些应用里的电路板必须符合钻孔和耐压壳限制要求。选择的电路板材料是一种耐高温无卤聚酰亚胺。指定电路板厚度为0．093英寸而非0．062英寸的标准厚度，因为这样可以增加刚度和平坦度。

采用镍金表面处理，其中镍提供一个壁垒，可防止金属间增生，金则为接头焊接提供一个良好的表面。

对于选择的0．093英寸电路板厚度，典型的四层堆叠中有一个约13密耳的铜隔离层和一个60密耳的大内核。如果是六层结构，则隔离层一般厚9．5密耳和28密耳。为此，我们采用了六层设计，这样就可以在每个信号层设置一个接地层，从而改善噪声性能。

电源和数字通信信号馈入一个连接器，模拟信号则馈入反向连接器。这样就可以在数字域与模拟域之间实现良好的隔离和信号流。地的分割设在电路板中间，电源滤波则设于分隔处附近。尽量减少与分隔层相交的数字控制线路，采用串联端接以减少数字噪声耦合。用铜网络接线在一个点把数字和模拟接地层焊接起来，为驱动源提供一个低阻抗回路。

多路复用器控制信号与模拟部分长度相同，但其敷设路径与关键模拟信号路径隔开。在实践中，这些多路复用控制线路会与采集数据测量同步改变，从而最大限度地减少了串扰效应。

焊接

选择Sn95／Sb05是为了在200°C的工作温度下提供足够高的熔点（＞230°C），同时还考虑了良好的操作性和装配工厂的现有加工能力。

电路板安装

我们在这块电路板上提供安装柱是出于方便考虑，其仅适用于基准测试或实验室环境，不适合强冲击和强震动环境。如果要用于强冲击和强震动环境，可以先用环氧树脂把组件固定在电路板上。对于IDC接头等脆弱组件，可以采用密封方式或者从装配件中移除。在井下或其他恶劣环境中，典型安装方式是采用导轨安装系统，用柔性抗冲击安装垫圈把整个电路板固定起来。也可以把装配件完全密封起来并装入安装硬件中，然后把安装硬件固定到底盘或外壳上。

性能测试结果

我们对多块电路板进行了广泛的测试，以评估其在工作温度范围内的典型性能；同时还在200°C环境温度下浸泡了200小时，以便测定装配工艺和电路板的可靠性。

交流和直流信号链性能是基于SAR ADC的精密数据采集系统的一项关键精度指标。当ADC以600 kSPS的速率运行并且工作温度为200°C时，鲁棒的比率式平台的串扰性能可达–100 dB以上，最大失调漂移达±60 mV。对于交流测试，用一个1 kHz的低失真音作为输入信号，并用＋5 VDC／–2．5 VDC模拟电源为电路板供电。图6所示为该信号音在400 kSPS下的FFT及频谱分析计算结果。在200°C下，SNR优于84 dB，THD达–96 dB。图7所示为SNR和SINAD，图8所示为采用同一输入音时，非多路复用通道在工作温度范围内的THD。

我们测量了模拟和数字供电轨在工作温度范围内的功耗，结果如图9所示。室温下的总功耗为155 mW，200°C下则增至225 mW。3．3 V供电轨上的功耗由以全时钟速率运行的微控制器和一个精密震荡器为主。我们为转换器设定的突发采样速率为每秒8192个样本。

有关额外参数的测试结果请参阅参考平台，其额定参数指标符合 200°C工作温度要求。

应用示例

油气勘探、航空航天和重工业领域的多种应用通过加速度计实现定向和震动检测。搭载模拟输入的加速度计具有最高的精度，而且非常灵活，能根据应用需要调节传感器输出。

ADXL206 是一款完整的精密型低功耗双轴iMEMS?加速度计，可用于高温环境。其范围为±5 g，带宽范围为0．5 Hz至2．5 kHz。ADXL206的输出以? VCC为中心，与VCC成比率。如果ADXL206和 EV－HT－200CDAQ1共用VCC（在连接器上提供），则可以用多路复用器S7通道上的VCC 基准电压源清零直流失调和电源漂移。图10为一个示例电路。必须按?的比例因子对ADXL206的信号范围（0 V至5 V）进行调节，使其与精密数据采集系统0 V至2．5 V的范围相拟合。具体方法是，先缓冲输出，然后使用数据采集系统内部的衰减器。C2和C3设定ADXL206的带宽；图9中的例子所示带宽为33 Hz。低带宽应用可以使用多路复用器输入；要实现最高的带宽和精度，可以使用两个非多路复用输入通道。

小结

本文介绍了一种新的、高度集成的鲁棒型精密数据采集参考平台，EV－HT－200CDAQ1，该平台经过测定，其参数指标符合200°C工作温度要求。借助该平台，高温电子系统设计师可以在原型制作和评估中使用最先进的组件，从而缩短开发时间和上市时间。