集成低功耗輸入驅(qū)動(dòng)器和基準(zhǔn)電壓源的16位6 MSPS SAR ADC系統(tǒng)（一）

電路功能與優(yōu)勢(shì)

圖1中的電路采用16位、6 MSPS逐次逼近型（SAR）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和差分至差分驅(qū)動(dòng)器組合，針對(duì)低功耗下的低噪聲（信噪比［SNR］ = 88.6 dB）和低失真（總諧波失真［THD］=?110 dBc）進(jìn)行了優(yōu)化。該電路非常適合于高性能多路復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，例如便攜式數(shù)字X射線系統(tǒng)和安保掃描儀，因?yàn)镾AR架構(gòu)在進(jìn)行采樣時(shí)不會(huì)發(fā)生采用流水線式ADC通常會(huì)出現(xiàn)的延遲或流水線延遲。6 MSPS的采樣速率可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)通道的快速采樣，該ADC具有真正的16位直流線性度性能和串行低壓差分信號(hào)（LVDS）接口，以實(shí)現(xiàn)低引腳數(shù)和低數(shù)字噪聲。

圖1. 驅(qū)動(dòng)ADA4897-1（未顯示全部連接和去耦）

驅(qū)動(dòng)器使用兩個(gè)低噪聲 （1 nV/√Hz） ADA4897-1 運(yùn)算放大器，可在低功率水平下（每放大器3 mA）保持 AD7625 ADC的動(dòng)態(tài)性能。 ADA4897-1 具有45ns的0.1%快速建立時(shí)間，非常適合多路復(fù)用應(yīng)用。

這種組合可在很小的電路板空間中，以低功耗提供業(yè)界領(lǐng)先的動(dòng)態(tài)性能， AD7625 采用5 mm × 5 mm、32引腳LFCSP封裝； ADA4897-1 采用8引腳SOIC封裝； AD8031 采用5引腳SOT-23封裝。

電路描述

ADA4897-1具有低失真（1 MHz頻率下的無雜散動(dòng)態(tài)范圍［SFDR］ 為?93 dB）、0.1%快速建立時(shí)間（36 ns）和高帶寬（230 MHz，?3 dB，G = 1）。兩個(gè) ADA4897-1驅(qū)動(dòng)器的增益均配置為1。單極點(diǎn)2.95 MHz低通RC濾波器使用20Ω電阻和2.7 nF電容，放置在每個(gè)驅(qū)動(dòng)器和ADC之間。該濾波器在 AD7625 的輸入端限制運(yùn)算放大器的輸出噪聲，并且提供一些帶外諧波衰減。

通過使用配置為單位增益緩沖器的 AD8031 來緩沖 AD7625的VCM輸出電壓（標(biāo)稱值為2.048 V），設(shè)置ADA4897-1 輸出端的共模電壓。共模偏置電壓通過590Ω串聯(lián)電阻施加于輸入端。 AD8031非常適合驅(qū)動(dòng)共模電壓，因?yàn)樗哂械洼敵鲎杩?，還可在出現(xiàn)瞬態(tài)電流時(shí)進(jìn)行快速建立。

AD7625采用LVDS接口，可實(shí)現(xiàn)業(yè)界具有突破性的動(dòng)態(tài)性能，信噪比為92 dB（6 MSPS），具有16位（1 LSB）積分非線性（INL）性能。 ADR434 基準(zhǔn)電壓源（4.096 V）為低噪聲、高精度的XFET基準(zhǔn)電壓源，具有較低的溫度漂移。其源電流輸出最高達(dá)30 mA，最大吸電流能力為20 mA。

ADR434提供8引腳MSOP或8引腳窄體SOICC封裝。 AD8031 運(yùn)算放大器可將 ADR434 輸出端與 AD7625的基準(zhǔn)電壓輸入隔離開來，為REF輸入端的瞬態(tài)電流提供低阻抗和快速建立。

雙驅(qū)動(dòng)器僅需要54 mW，與135 mW的ADC功率、12 mW的基準(zhǔn)電壓源和緩沖相加，整個(gè)電路僅產(chǎn)生201 mW的總功耗。

電路使用+7 V和?2 V電源，用于 ADA4897-1 驅(qū)動(dòng)器的輸入，以最大程度降低功耗， 實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)失真性能。 ADA4897-1 輸出級(jí)是軌到軌的，采用5 V單電源供電時(shí)，在150 mV和4.85 V之間擺動(dòng)。但是，范圍兩端的額外2 V裕量可以提供低失真。

圖2顯示輸入級(jí)使用+7 V和?2 V電源的電路交流性能。SNR= 88.6 dB，THD = ?110.7 dB，20 kHz輸入信號(hào)比滿量程低0.6 dB（93%滿量程）。

圖2. 雙電源（+7 V，?2 V）供電的AD7625和ADA4897-1，SNR = 88.6 dB，THD = ?110.7 dB，基波幅值 = 滿量程的?0.6 dB