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)，針對(duì)多路復(fù)用應(yīng)用優(yōu)化

連接/參考器件

AD7625 16位、6 MSPS、PulSAR、差分ADC

ADA4897-1/ ADA4897-2 低功耗、低噪聲、單路/雙路放大器

ADR434 超低噪聲XFET基準(zhǔn)電壓源，具有吸電流和源電流能力

AD8031/AD8032 2.7 V、800 μA、80 MHz單路/雙路軌到軌I/O放大器

評(píng)估和設(shè)計(jì)支持

設(shè)計(jì)和集成文件

原理圖、布局文件、物料清單

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(xiàn)系統(tǒng)和安保掃描儀，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/SAR">SAR架構(gòu)在進(jìn)行采樣時(shí)不會(huì)發(fā)生采用流水線(xiàn)式ADC通常會(huì)出現(xiàn)的延遲或流水線(xiàn)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(xiàn)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)AD7625的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45 ns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(wú)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20 Ω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A(yíng)D7625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(guò)使用配置為單位增益緩沖器的AD8031來(lái)緩沖AD7625的VCM輸出電壓(標(biāo)稱(chēng)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(guò)590 Ω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(xiàn)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(kāi)來(lái)，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A(yíng)DA4897-1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(mǎn)量程低0.6 dB(93%滿(mǎn)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(mǎn)量程的−0.6 dB

圖3. 單電源(5 V)供電的AD7625和ADA4897-1，SNR = 86.7 dB，THD = -101.1 dB，基波幅值 = 滿(mǎn)量程的−1.55 dB

圖3顯示輸入級(jí)使用5 V單電源的電路交流性能。SNR = 86.7 dB，THD = -101.1 dB，20 kHz輸入信號(hào)比滿(mǎn)量程低1.55 dB(84%滿(mǎn)量程)。

電源電壓從−2 V，+7 V降低至0 V，+ 5V，數(shù)據(jù)顯示SNR大約降低1.9 dB，THD大約降低9.6 dB。

單電源配置適用于系統(tǒng)沒(méi)有雙電源但仍需達(dá)到高性能的用戶(hù)。

常見(jiàn)變化

AD7625集成內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，如果系統(tǒng)要求，還支持兩個(gè)外部基準(zhǔn)電壓源。通過(guò)在REFIN引腳上施加ADR3412基準(zhǔn)電壓(1.2 V)輸出，可以產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，它通過(guò)片上基準(zhǔn)電壓緩沖器放大為4.096 V的正確ADC基準(zhǔn)電壓值。ADR3412可使用與AD7625相同的5 V模擬軌供電，并且采用片上基準(zhǔn)電壓緩沖器。

另外，4.096 V外部基準(zhǔn)電壓源(例如ADR434或ADR444)可以連接到使用緩沖放大器(例如AD8031)的ADC無(wú)緩沖REF輸入，如圖1所示。此方法常用于多通道應(yīng)用，其中的系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓源由多個(gè)ADC共享。

ADR434和ADR444配置還非常適合單通道應(yīng)用，這些應(yīng)用需要較低的基準(zhǔn)電壓源溫度系數(shù)(對(duì)于A(yíng)DR434B和ADR444B，最大值為3 ppm/°C)。用于為ADA4897-1運(yùn)算放大器供電的7 V供電軌還可為ADR434或ADR444的VIN電源引腳供電。

另一個(gè)具有吸引力的4.096 V基準(zhǔn)電壓源為ADR4540低壓差(>300 mV)高精度基準(zhǔn)電壓源，允許采用5 V電源供電。

如果需要，ADA4897-1和AD8031單通道運(yùn)算放大器可用它們的雙通道版本(分別為ADA4897-2和AD8032)來(lái)替代。