ADI實(shí)驗(yàn)室電路:超低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

電路功能與優(yōu)勢(shì)

圖1中的電路是超低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使用了 AD7091R 12位、1 MSPS SAR ADC和 AD8031 運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)器，電路的總功耗低于5 mW，采用3 V單電源供電。

所選器件的低功耗和小封裝尺寸使得這種組合成為業(yè)界領(lǐng)先的便攜式電池供電系統(tǒng)解決方案，在這種系統(tǒng)中功耗、成本和尺寸極為關(guān)鍵。

當(dāng)VDD引腳為3 V時(shí)， AD7091R的電源電流典型值僅為350μA，遠(yuǎn)低于目前市場(chǎng)上的任何ADC競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品。這意味著典型功耗約為1 mW。

AD8031僅需800μA的電源電流，電源電壓為3 V時(shí)的典型功耗為2.4 mW，在10 kHz模擬輸入信號(hào)下以1 MSPS的速率進(jìn)行采樣時(shí)，系統(tǒng)總功耗低于5 mW。

圖1. 集成驅(qū)動(dòng)器的12位、1 MSPS低功耗ADC（原理示意圖：未顯示所有連接）

電路描述

針對(duì)模擬信號(hào)，大多數(shù)SAR ADC需要合適的輸入緩沖器以獲得最佳性能。當(dāng)內(nèi)部采樣保持開關(guān)從保持切換到采樣時(shí)，緩沖器可將信號(hào)源與ADC輸入產(chǎn)生的瞬變相互隔離。驅(qū)動(dòng)ADC的緩沖器必須從該瞬變中恢復(fù)，并在ADC采集時(shí)間之內(nèi)建立至所需精度。這在信號(hào)源具有高阻抗，并且低失真和高信噪比極為關(guān)鍵的應(yīng)用中尤為重要。因此，選擇合適的緩沖器運(yùn)算放大器便成為該設(shè)計(jì)中極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

AD7091R是一款12位、快速、超低功耗、單電源供電ADC，集成2.5 V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源。該器件可采用2.7V至5.25V電源供電。AD7091R的吞吐速率可達(dá)1MSPS。當(dāng)輸入信號(hào)為10kHz、采樣速率為1MSPS時(shí)，該器件的總功耗約為2.3 mW。

在無需1MSPS采樣頻率的應(yīng)用中，這一數(shù)字將下降，因?yàn)锳D7091R的功耗與吞吐速率成正比，如表1所示。

可通過降低轉(zhuǎn)換器的吞吐速率而進(jìn)一步降低功耗。表1顯示當(dāng)電源為3 V且器件工作在普通模式下，AD7091R的典型功耗與吞吐速率的關(guān)系。

表1表示激活關(guān)斷模式后可減少的功耗。當(dāng) AD7091R工作在較低的吞吐速率時(shí)，關(guān)斷模式對(duì)于大幅度降低電源需求極為有效。

AD7091R采用小型3 mm×2 mm、10引腳LFCSP或3 mm ×5 mm、10引腳MSOP封裝。兩款封裝與同類競(jìng)爭(zhēng)解決方案相比，大幅度節(jié)省了空間。

AD8031是一款低功耗軌到軌輸入/輸出運(yùn)算放大器，是非常適合 AD7091R的驅(qū)動(dòng)放大器。 AD8031采用2.7V至1 V電源供電，支持通過一個(gè)供電軌驅(qū)動(dòng)兩個(gè)IC。AD8031帶寬為80MHz，壓擺率為30V/μs，達(dá)到0.1%精度的建立時(shí)間為125 ns。

當(dāng)采用單電源工作時(shí)，AD8031的輸出可達(dá)負(fù)供電軌的20mV以內(nèi)。若需要0V輸入下的線性度，則AD8031需要一個(gè)額外的負(fù)電源（參考指南MT-035）。

圖1顯示了簡(jiǎn)化電路圖。使用100 nF和10μF陶瓷電容可對(duì)IC電源引腳實(shí)現(xiàn)良好的接地去耦。將這些電容放置于盡可能靠近兩個(gè)IC的電源引腳的位置。