Guy Hoover

緩沖現(xiàn)代16位/18位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）所需的高速運(yùn)算放大器通常消耗與ADC本身一樣多的功率，最大失調(diào)規(guī)格通常約為1mV，遠(yuǎn)高于A(yíng)DC。如果需要多個(gè)多通道ADC，功耗會(huì)迅速上升到不可接受的水平。

本文介紹的簡(jiǎn)單緩沖器能夠驅(qū)動(dòng) LTC2372-18 8 通道 ADC，并在涉及的輸入信號(hào)在 DC 至 1kHz 范圍內(nèi)，以極低的功耗實(shí)現(xiàn)接近數(shù)據(jù)手冊(cè)的 SNR、THD 和失調(diào)性能。

電路說(shuō)明

LTC?2372-18 是一款低噪聲、500ksps、8 通道 18 位逐次逼近寄存器 （SAR） ADC。LTC5-2372 采用單 18V 電源運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)了 –110dB THD （典型值）、100dB （全差分）/95dB （偽差分） SNR （典型值），失調(diào)為 ±11LSB （最大值），而耗散僅 27mW （典型值）。

LT?6016 是一款雙通道軌至軌輸入運(yùn)放，其輸入失調(diào)電壓小于 50μV （最大值），每個(gè)放大器僅吸收 315μA （典型值）。它還提供單通道和四通道 （LT6015 / LT6017）。

圖 1 所示電路示出了配置為同相緩沖器的 LT6016 運(yùn)放，用于驅(qū)動(dòng) LTC2372-18 的模擬輸入。每個(gè)運(yùn)算放大器的典型功耗僅為3.7mW。對(duì)于所有八個(gè)通道，功耗僅為30mW，與ADC的功耗大致相同。LT6016 采用單 5.25V 電源運(yùn)行并啟用 ADC 的數(shù)字增益壓縮模式可將總運(yùn)放功耗降低一半以上，達(dá)到 13mW，但代價(jià)是 SNR 略有下降。

圖1.LT6016 緩沖器驅(qū)動(dòng) LTC2372-18 8 通道 SAR ADC

緩沖器輸出端的 RC 濾波器最大限度地減小了 LT6016 的噪聲貢獻(xiàn)，并降低了由多路復(fù)用器和輸入采樣電容器引起的采樣瞬態(tài)的影響。

電路性能

圖 2 示出了由圖 32768 電路全差分驅(qū)動(dòng)的 LTC2372-18 的 1 點(diǎn) FFT。在 114ksps 時(shí)，THD 為 –98dB，SNR 為 5.400dBFS，與 LTC2372-18 的典型規(guī)格相比相當(dāng)。

圖2.圖32768電路的1點(diǎn)FFT

圖 3 示出了 LTC2372-18 的偽差分和全差分模式在數(shù)字增益壓縮關(guān)閉和接通的情況下的 SNR 與采樣速率的關(guān)系。在數(shù)字增益壓縮關(guān)斷的情況下，LT6016 的電源電壓為 +8V/–3.6V。在數(shù)字增益壓縮接通的情況下，LT6016 采用單 5V 電源運(yùn)行。SNR 在數(shù)字增益壓縮關(guān)閉時(shí)保持在 94dBFS（偽差分）/98.5dBFS（全差分）和數(shù)字增益壓縮開(kāi)啟時(shí)的 92.1dBFS（偽差分）/96.6dBFS（全差分）相當(dāng)平坦，所有模式均高達(dá) 500ksps。

圖3.偽差分和全差分模式下圖1所示電路的SNR與采樣速率的關(guān)系

圖 4 示出了 LTC2372-18 的偽差分和全差分模式在數(shù)字增益壓縮關(guān)閉和打開(kāi)的情況下的 THD 與采樣速率的關(guān)系。在這里，對(duì)于偽差分模式，THD在110ksps時(shí)開(kāi)始上升到–300dB以上，對(duì)于全差分模式，THD在115ksps時(shí)開(kāi)始上升到–400dB以上。數(shù)字增益壓縮對(duì)THD性能的影響很小。在全差分模式下，THD 絕不會(huì)低于 –100dB，直至達(dá)到 LTC500-2372 的全 18ksps 采樣速率。

圖4.圖1電路的偽差分、全差分THD與采樣速率的關(guān)系，帶和不帶增益壓縮

圖5顯示了在數(shù)字增益壓縮關(guān)閉的情況下偽差分模式下緩沖器和ADC的耦合失調(diào)誤差與采樣速率的關(guān)系。偏移最初小于3LSB，并且在采樣速率達(dá)到400ksps之前不會(huì)降低。

圖5.偽差分模式下圖1所示電路的失調(diào)誤差與采樣速率的關(guān)系

圖6顯示了400ksps采樣率下的失真與輸入頻率的關(guān)系。高于1kHz時(shí)，所有模式的失真都會(huì)上升。

圖6.圖1電路的失真與輸入頻率的關(guān)系

結(jié)論

演示了 LTC2372-18 18 位、500ksps、8 通道 SAR ADC 的簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)器 — 由配置為同相緩沖器的 LT6016 低功率精準(zhǔn)雙通道運(yùn)放組成。每個(gè)運(yùn)算放大器的功耗僅為3.7mW （典型值），在數(shù)字增益壓縮模式下，ADC采用單1V電源供電，可將功耗降至6.5mW。

在采樣速率小于300ksps時(shí)，在增益壓縮關(guān)閉的情況下，SNR測(cè)量為94dB（偽差分）/98.5dB（全差分），在數(shù)字增益壓縮開(kāi)啟的情況下，SNR為92.1dBFS（偽差分）/96.6dBFS（全差分）;THD 測(cè)量值為 –110dB（偽差分）/–115dB（全差分），數(shù)字增益壓縮關(guān)閉或打開(kāi)。失調(diào)測(cè)量小于3LSB （偽差分），增益壓縮關(guān)閉。在 300ksps 以上，性能逐漸下降，直至達(dá)到 LTC500-2372 的全 18ksps 采樣速率。

審核編輯：郭婷