閃光的未必都是金子！仔細(xì)閱讀相關(guān)數(shù)據(jù)手冊(cè)數(shù)據(jù)，正確選擇部件

應(yīng)用工程師經(jīng)常會(huì)重復(fù)回答不同客戶提出的相同問題,尤其是客戶針對(duì)應(yīng)用進(jìn)行器件選型相關(guān)咨詢時(shí)。我們注意到客戶進(jìn)行器件選型時(shí)有一個(gè)誤區(qū),他們往往過于依賴數(shù)據(jù)手冊(cè)中的所謂“數(shù)據(jù)表”。我是說令人心動(dòng)的規(guī)格?！巴?那個(gè)ADC的信噪比好高!”這就是客戶面對(duì)高信噪比ADC時(shí)的反應(yīng),他只注意到這個(gè)比較突出的特性,卻忘記考慮其他重要的數(shù)據(jù)規(guī)格。接下來我們還會(huì)談到其他常見的問題,以及如何為您的應(yīng)用選擇合適的器件。

我最近遇到一個(gè)客戶案例,他需要一個(gè)適合地震和振動(dòng)相關(guān)應(yīng)用的ADC。他知道自己需要一個(gè)具有高信噪比(SNR)和良好總諧波失真(THD)的ADC,并且認(rèn)為信噪比高于110 dB就可以。由于振動(dòng)傳感器會(huì)輸出不斷變化的交流電壓信號(hào)并疊加于直流電壓信號(hào)上,因此我們需要一個(gè)高性能、高分辨率ADC,它必須具有高信噪比才能正確獲取數(shù)字信號(hào),而不會(huì)受到振動(dòng)相關(guān)應(yīng)用中噪音的太大影響?？蛻粼谶x擇器件時(shí),通常是在第三方網(wǎng)站根據(jù)需求進(jìn)行參數(shù)搜索來篩選出一些器件,然后只查看每個(gè)產(chǎn)品的主頁(yè)及其產(chǎn)品說明,隨之就會(huì)被數(shù)據(jù)手冊(cè)中描述產(chǎn)品亮點(diǎn)的第一頁(yè)所吸引。通常,數(shù)據(jù)手冊(cè)的內(nèi)容要復(fù)雜得多,除了首頁(yè)亮點(diǎn)之外,還需要進(jìn)行深入的研究。這位客戶也看了ADI的一款精密ADC AD7768 的首頁(yè),發(fā)現(xiàn)它的信噪比只有108 dB(動(dòng)態(tài)范圍和信噪比都反映了有效值噪聲,由于它們成正比,幾乎可以同等對(duì)待)。

圖1.ADI的一款精密ADC(AD7768/AD7768-4)數(shù)據(jù)手冊(cè)的首頁(yè)。

這位客戶的反應(yīng)是,“哦!這款A(yù)DC絕對(duì)不適合我的應(yīng)用。它的信噪比只有108 dB!”繼續(xù)往下滾動(dòng),他發(fā)現(xiàn)另一個(gè)表格,如圖2所示,其中顯示了兩個(gè)不同濾波器的信噪比。

圖2.AD7768/AD778-4的技術(shù)規(guī)格表

他總結(jié)道:“好吧...我可以使用sinc5濾波器來得到111 dB信噪比。但我最近從另一家公司看到了另一款產(chǎn)品,它的信噪比高于115 dB,我應(yīng)該選擇后者?！?/p>

等一下!這樣比較是錯(cuò)誤的。在確定ADC運(yùn)行速度的輸出數(shù)據(jù)速率(ODR)和確定分辨率以及輸出噪聲的信噪比之間存在取舍關(guān)系。1 ODR越高,信噪比越小,反之亦然。因此,每個(gè)ODR對(duì)應(yīng)于一個(gè)信噪比值。首先一定要確定所需的輸出速率,然后根據(jù)相應(yīng)的信噪比值比較ADC。這位客戶將一個(gè)在256 kSPS下信噪比為108 dB的器件和ODR僅為1 kSPS時(shí)信噪比超過115 dB的另一個(gè)器件進(jìn)行比較。因此,雖然基于首頁(yè)數(shù)據(jù),看起來一種產(chǎn)品比另一種產(chǎn)品的信噪比要低,后者更適合特定應(yīng)用。但是,這樣比較數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確。

從圖3中可以看到,隨著ODR增加,有效值噪聲也增加,并影響數(shù)字信號(hào)值,從而降低其信噪比。圖4顯示AD7768數(shù)據(jù)手冊(cè)中的一個(gè)屏幕截圖,可以看到,寬帶和sinc5濾波器配置在1 kSPS ODR下的信噪比分別是123.88 dB和126.89 dB,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在該ODR下競(jìng)爭(zhēng)器件的信噪比。

圖3.輸出數(shù)據(jù)速率與有效值噪聲

圖4.AD7768/AD7768-4的噪聲性能和ODR。

選擇器件之前必須謹(jǐn)記以下幾點(diǎn)：

★   務(wù)必選擇適用于工作條件的相關(guān)規(guī)格。在確定哪款器件適合之前,一定要比較VREF、VDD、功耗、工作模式、工作溫度范圍和一些其他規(guī)格。信噪比值本身取決于以上所有參數(shù),必須根據(jù)應(yīng)用要求來確定這些參數(shù),不能僅憑數(shù)據(jù)手冊(cè)的第一頁(yè)來選擇信噪比值。圖5顯示在不同的VREF電壓和不同溫度下,AD7768的有效值噪聲以及信噪比值有何不同(有效值噪聲與信噪比成反比)。其他參數(shù)也有類似的不同。

圖5.(a) 有效值噪聲與溫度,(b) 不同VREF值的每通道有效值噪聲。

★   數(shù)據(jù)手冊(cè)中不會(huì)提供所有VREF、ODR等的相關(guān)值,這意味著,我們必須從給出的信息中推斷出數(shù)據(jù)來獲得所需值。

★   選擇器件時(shí)務(wù)必謹(jǐn)慎。典型值與最小值和最大值不同。雖然大多數(shù)情況下可以預(yù)期達(dá)到典型值,但如果應(yīng)用對(duì)給定參數(shù)的最小值和最大值敏感,就必須考慮值的整個(gè)范圍。

再舉一個(gè)常見但可避免誤解的例子。圖6 (a)和圖6 (b)分別顯示 LTC6268 和 ADA4530-1 數(shù)據(jù)手冊(cè)的第一頁(yè)。

圖6.(A) LTC6268數(shù)據(jù)手冊(cè)的第一頁(yè),(b) ADA4530-1數(shù)據(jù)手冊(cè)的第一頁(yè)。

當(dāng)客戶在添加高阻抗源后需要使用放大器作為下一級(jí)時(shí),他們大多會(huì)考慮輸入偏置電流非常低的放大器。理想情況下,沒有電流進(jìn)入運(yùn)算放大器的輸入端。但實(shí)際操作中,始終會(huì)有兩個(gè)電流IB+和IB-流入運(yùn)算放大器的輸入端。這些稱為輸入偏置電流。對(duì)于高阻抗源,應(yīng)選擇輸入偏置電流較小的放大器以避免其輸入級(jí)產(chǎn)生壓降。LTC6268和ADA4530-1以“超低偏置電流FET輸入運(yùn)算放大器”和“飛安輸入偏置電流放大器”的產(chǎn)品名在市場(chǎng)上銷售。粗略地瀏覽一下它們數(shù)據(jù)手冊(cè)的第一頁(yè),如圖6所示,可以看到,在室溫下,LTC6268有3 fA,而ADA4530-1有20 fA,這可能會(huì)使客戶認(rèn)為前者更適合低輸入偏置電流需求。由于數(shù)據(jù)手冊(cè)各不相同,LTC6260的第一頁(yè)列出了典型偏置電流,而ADA4530-1數(shù)據(jù)手冊(cè)的第一頁(yè)并未列出典型偏置電流,而是列出了最大偏置電流。再次強(qiáng)調(diào),典型值與最小值和最大值不同!如果應(yīng)用對(duì)這些值很敏感,則我們應(yīng)考慮最壞情況下的最小值和最大值,而不是典型值。

圖7.(a) LTC6268的技術(shù)規(guī)格,(b) ADA4530-1的技術(shù)規(guī)格。

圖7顯示LTC6268和ADA4530-1的技術(shù)規(guī)格。可以看到,盡管兩款器件的最大輸入偏置電流額定值相同(±20 fA),但ADA4530-1的典型值小于1 fA,比LTC6268的3 fA偏置電流好得多。但這個(gè)數(shù)字并沒有在ADA4530-1數(shù)據(jù)手冊(cè)的第一頁(yè)突出顯示。因此,需要仔細(xì)閱讀數(shù)據(jù)手冊(cè)。盡管ADA4530-1的典型輸入偏置電流特性更好,但這些器件的其他特性可能有所不同,僅憑這個(gè)特性并不足以確定哪款器件更優(yōu)。

總之,我想強(qiáng)調(diào)這樣一個(gè)事實(shí),一定要先確定應(yīng)用的工作條件,然后尋找適合其用途的規(guī)格。有時(shí),數(shù)據(jù)手冊(cè)的首頁(yè)或標(biāo)題可能突出顯示某些其他規(guī)格和工作條件的特性,在這種情況下,我們必須仔細(xì)閱讀數(shù)據(jù)手冊(cè),謹(jǐn)慎地選擇適合我們需求的規(guī)格。在選擇器件之前,我們還應(yīng)確定我們產(chǎn)品的功率預(yù)算,因?yàn)榭隙苷业骄哂谐錾匦院鸵?guī)格的器件,但可能相應(yīng)的成本較高,功耗也高。

參考文獻(xiàn)

1 “ 第20章:模數(shù)轉(zhuǎn)換 。 ”ADI公司,2013年9月。

作者簡(jiǎn)介

Tejaswini Anand是ADI公司中央應(yīng)用中心(CAC)團(tuán)隊(duì)的一名產(chǎn)品應(yīng)用工程師。她對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)很感興趣,并研究ADI的各種產(chǎn)品組合及其應(yīng)用和特性。Tejaswini于2019年畢業(yè)于印度班加羅爾拉什特里亞.維德亞拉揚(yáng)工程學(xué)院(R.V. College of Engineering),成為一名電子通信工程師。她曾參加各種國(guó)家級(jí)機(jī)器人比賽和黑客馬拉松,并在一些比賽中獲獎(jiǎng)。