提升ADC分辨率的電路設計

許多數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都要求高精度和快速采集數(shù)據(jù)，以便允許該系統(tǒng)能夠檢測小信號并且能將更多的傳感器通道聚集在同一系統(tǒng)。傳感器通道越多，系統(tǒng)的外形就能夠越小，成本和功耗也越低。遠程光通信和醫(yī)用設備（例如，CT掃描儀）即得益于快速和高精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在光功率系統(tǒng)（例如，激光泵）中，需要不斷監(jiān)視其功率水平。在這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，對于需要≥90dB動態(tài)范圍的輸入激光功率，其激光控制環(huán)路響應時間要求具有1MSPS的采樣率。在CT掃描儀中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須具有16 b到22 b的分辨率，以便處理通過各種人體組織的寬動態(tài)范圍的X射線信號。該系統(tǒng)需要大量的光檢測器（較多的數(shù)據(jù)采集通道）和高精度數(shù)據(jù)采集以提高圖像分辨率。
　　以上兩個例子說明了系統(tǒng)要求的是相對精度，而非絕對精度。盡管能夠檢測出10nW的功率變化相對于1μW的輸入光功率很重要，但同樣的10nW變化作為1.00001mW與1mW之差的絕對值則顯得無足輕重。然而表征模數(shù)轉換器（ADC）精度的技術指標--積分線性誤差（INL）是一種絕對誤差。為了獲得最佳相對精度，本文提出一種創(chuàng)新的解決方案是在精密ADC前端使用可編程增益放大器（PGA）。AD7677 ADC的滿量程線性誤差為±15 ppm（在16 bit分辨率條件下為±1 LSB）。在此ADC前端的PGA達到穩(wěn)定狀態(tài)的建立時間必須足夠快，以便與具有相同分辨率ADC的轉換速度相匹配。另外，該PGA還必須具有盡可能低的噪聲，因為它決定數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信噪比（SNR）。為了解決這些問題，本設計中的放大器采用AD8021運算放大器，它具有滿足設計要求的速度、精度和快速建立時間，并且其電壓噪聲譜密度僅為2 nV/√Hz。圖1示出該PGA增益設置與其ADC精度的對應關系。當輸入信號幅度很低時能使該系統(tǒng)達到19 b精度。

（See Fig 2 of original article）
圖2 通過PGA與16 位ADC結合使系統(tǒng)提供19 位精度