Guy Hoover
缓冲现代16位/18位模数转换器(ADC)所需的高速运算放大器通常消耗与ADC本身一样多的功率,最大失调规格通常约为1mV,远高于ADC。如果需要多个多通道ADC,功耗会迅速上升到不可接受的水平。
本文介绍的简单缓冲器能够驱动 LTC2372-18 8 通道 ADC,并在涉及的输入信号在 DC 至 1kHz 范围内,以极低的功耗实现接近数据手册的 SNR、THD 和失调性能。
电路说明
LTC®2372-18 是一款低噪声、500ksps、8 通道 18 位逐次逼近寄存器 (SAR) ADC。LTC5-2372 采用单 18V 电源运作,实现了 –110dB THD (典型值)、100dB (全差分)/95dB (伪差分) SNR (典型值),失调为 ±11LSB (最大值),而耗散仅 27mW (典型值)。
LT®6016 是一款双通道轨至轨输入运放,其输入失调电压小于 50μV (最大值),每个放大器仅吸收 315μA (典型值)。它还提供单通道和四通道 (LT6015 / LT6017)。
图 1 所示电路示出了配置为同相缓冲器的 LT6016 运放,用于驱动 LTC2372-18 的interwetten与威廉的赔率体系 输入。每个运算放大器的典型功耗仅为3.7mW。对于所有八个通道,功耗仅为30mW,与ADC的功耗大致相同。LT6016 采用单 5.25V 电源运行并启用 ADC 的数字增益压缩模式可将总运放功耗降低一半以上,达到 13mW,但代价是 SNR 略有下降。
图1.LT6016 缓冲器驱动 LTC2372-18 8 通道 SAR ADC
缓冲器输出端的 RC 滤波器最大限度地减小了 LT6016 的噪声贡献,并降低了由多路复用器和输入采样电容器引起的采样瞬态的影响。
电路性能
图 2 示出了由图 32768 电路全差分驱动的 LTC2372-18 的 1 点 FFT。在 114ksps 时,THD 为 –98dB,SNR 为 5.400dBFS,与 LTC2372-18 的典型规格相比相当。
图2.图32768电路的1点FFT
图 3 示出了 LTC2372-18 的伪差分和全差分模式在数字增益压缩关闭和接通的情况下的 SNR 与采样速率的关系。在数字增益压缩关断的情况下,LT6016 的电源电压为 +8V/–3.6V。在数字增益压缩接通的情况下,LT6016 采用单 5V 电源运行。SNR 在数字增益压缩关闭时保持在 94dBFS(伪差分)/98.5dBFS(全差分)和数字增益压缩开启时的 92.1dBFS(伪差分)/96.6dBFS(全差分)相当平坦,所有模式均高达 500ksps。
图3.伪差分和全差分模式下图1所示电路的SNR与采样速率的关系
图 4 示出了 LTC2372-18 的伪差分和全差分模式在数字增益压缩关闭和打开的情况下的 THD 与采样速率的关系。在这里,对于伪差分模式,THD在110ksps时开始上升到–300dB以上,对于全差分模式,THD在115ksps时开始上升到–400dB以上。数字增益压缩对THD性能的影响很小。在全差分模式下,THD 绝不会低于 –100dB,直至达到 LTC500-2372 的全 18ksps 采样速率。
图4.图1电路的伪差分、全差分THD与采样速率的关系,带和不带增益压缩
图5显示了在数字增益压缩关闭的情况下伪差分模式下缓冲器和ADC的耦合失调误差与采样速率的关系。偏移最初小于3LSB,并且在采样速率达到400ksps之前不会降低。
图5.伪差分模式下图1所示电路的失调误差与采样速率的关系
图6显示了400ksps采样率下的失真与输入频率的关系。高于1kHz时,所有模式的失真都会上升。
图6.图1电路的失真与输入频率的关系
结论
演示了 LTC2372-18 18 位、500ksps、8 通道 SAR ADC 的简单驱动器 — 由配置为同相缓冲器的 LT6016 低功率精准双通道运放组成。每个运算放大器的功耗仅为3.7mW (典型值),在数字增益压缩模式下,ADC采用单1V电源供电,可将功耗降至6.5mW。
在采样速率小于300ksps时,在增益压缩关闭的情况下,SNR测量为94dB(伪差分)/98.5dB(全差分),在数字增益压缩开启的情况下,SNR为92.1dBFS(伪差分)/96.6dBFS(全差分);THD 测量值为 –110dB(伪差分)/–115dB(全差分),数字增益压缩关闭或打开。失调测量小于3LSB (伪差分),增益压缩关闭。在 300ksps 以上,性能逐渐下降,直至达到 LTC500-2372 的全 18ksps 采样速率。
审核编辑:郭婷
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