探索AD684：四通道采樣保持放大器的卓越性能與應(yīng)用

在電子工程師的日常工作中，高性能的采樣保持放大器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵組件。今天，我們就來(lái)深入了解一款備受矚目的四通道采樣保持放大器——AD684。

文件下載：AD684.pdf

一、AD684的特性亮點(diǎn)

1. 集成度與獨(dú)立性并存

AD684集成了四個(gè)匹配的采樣保持放大器，每個(gè)放大器都具備獨(dú)立的輸入、輸出和控制引腳。這種設(shè)計(jì)不僅能夠同時(shí)處理多個(gè)信號(hào)，還為系統(tǒng)架構(gòu)提供了極高的靈活性，工程師可以根據(jù)實(shí)際需求獨(dú)立控制每個(gè)通道，實(shí)現(xiàn)多樣化的功能。

2. 快速穩(wěn)定的性能

它具有出色的速度性能，500 ns的保持模式建立時(shí)間，以及最大1μs即可達(dá)到0.01%精度的采集時(shí)間。同時(shí)，低至0.01μV/μs的下垂率，能夠確保在保持模式下信號(hào)的穩(wěn)定，有效減少信號(hào)失真。

3. 低功耗與高可靠性

采用BiMOS工藝，將高性能雙極電路與低功耗CMOS邏輯相結(jié)合，使得AD684的功耗僅為430 mW，實(shí)現(xiàn)了高性能與低功耗的完美平衡。此外，它還提供符合MIL - STD - 883標(biāo)準(zhǔn)的版本，能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，具備高可靠性。

4. 內(nèi)置電容與抖動(dòng)控制

內(nèi)部集成了保持電容，無(wú)需外接電容，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。最大75 ps的孔徑抖動(dòng)，有效降低了采樣誤差，保證了采樣的準(zhǔn)確性。

二、技術(shù)規(guī)格解析

1. 采樣特性

• 采集時(shí)間：對(duì)于10V階躍信號(hào)，達(dá)到0.01%精度的采集時(shí)間典型值為0.75μs，最大為1.0μs；達(dá)到0.1%精度的采集時(shí)間典型值為0.5μs，最大為0.6μs。
• 帶寬：小信號(hào)帶寬和全功率帶寬典型值均為4MHz和1MHz。

2. 保持特性

• 有效孔徑延遲：在-35ns至 - 15ns之間。
• 孔徑抖動(dòng)：最大為75ps，保持建立時(shí)間（至1mV）在50 - 500ps之間。
• 饋通：在(V_{IN}= pm 5V)，100kHz條件下，為 - 90dB。

3. 精度特性

• 保持模式失調(diào)：在 - 4mV至 + 3mV之間。
• 非線性度：在±0.002%至±0.005% FS之間。
• 增益誤差：在±0.03%至±0.05% FS之間。

4. 通道間特性

• 通道間隔離：在(V_{IN}= pm 5V)，100kHz條件下，最小為80dB。
• 通道間孔徑偏移：在150 - 300ps之間。
• 通道間失調(diào)：在0.4 - 2.0mV之間。

5. 輸出特性

• 輸出驅(qū)動(dòng)電流：最大為±5mA。
• 輸出電阻（dc）：典型值為0.3Ω。
• 總輸出噪聲（dc至5MHz）：典型值為150μV rms。

6. 輸入特性

• 輸入電壓范圍：為 - 5V至 + 5V。
• 偏置電流：在100 - 250nA之間。
• 輸入阻抗：典型值為50MΩ。

7. 數(shù)字特性

• 輸入電壓低：最大為0.8V。
• 輸入電壓高：最小為2.0V。

8. 電源特性

• 工作電壓范圍：為±10.8V至±13.2V。
• 電源電流：典型值為18mA，最大為25mA。
• 電源抑制比：+PSRR典型值為70dB， - PSRR典型值為65dB。
• 功耗：典型值為430mW，最大為600mW。

9. 溫度范圍

AD684有三種溫度等級(jí)可選，J級(jí)適用于0°C至 + 70°C，A級(jí)適用于 - 40°C至 + 85°C，S級(jí)適用于 - 55°C至 + 125°C。

三、功能原理剖析

AD684采用了一種自校正架構(gòu)，在保持命令發(fā)出后，能夠自動(dòng)補(bǔ)償放大器的增益、失調(diào)誤差以及電荷注入誤差，從而有效減少保持模式下的誤差，確保在不同溫度環(huán)境下都能保持高精度。每個(gè)通道都能夠獨(dú)立工作，其輸出在采樣模式下可能無(wú)法精確反映輸入信號(hào)，但在保持模式下，內(nèi)部電路會(huì)重新配置，以準(zhǔn)確地保持輸入信號(hào)。

四、性能與應(yīng)用考量

1. 動(dòng)態(tài)性能

AD684在動(dòng)態(tài)性能方面表現(xiàn)出色，其快速的采集時(shí)間和保持建立時(shí)間，使得它能夠與高速、高分辨率的A - D轉(zhuǎn)換器（如AD674和AD7672）完美配合，為多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供高吞吐量。例如，在大多數(shù)情況下，它能夠直接驅(qū)動(dòng)A - D轉(zhuǎn)換器，而無(wú)需額外的“啟動(dòng)轉(zhuǎn)換”延遲。

2. 保持模式失調(diào)

保持模式失調(diào)是影響AD684直流精度的主要因素，它主要由內(nèi)部開(kāi)關(guān)的電荷注入引起。不過(guò)，該失調(diào)在通道間匹配良好，且在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定。對(duì)于需要零失調(diào)的應(yīng)用，可以通過(guò)外部調(diào)整（如在A - D轉(zhuǎn)換器的輸入處進(jìn)行調(diào)整）來(lái)消除失調(diào)，并且只需對(duì)四個(gè)通道進(jìn)行一次調(diào)整即可。

3. 電源去耦與接地

為了確保AD684的性能，電源必須經(jīng)過(guò)良好的穩(wěn)壓處理，并避免高頻噪聲。在正、負(fù)電源引腳與公共端之間應(yīng)直接連接0.1μF的陶瓷去耦電容。同時(shí)，由于AD684沒(méi)有單獨(dú)的模擬和數(shù)字接地引腳，公共引腳作為單一的接地端子，應(yīng)分別連接到A - D轉(zhuǎn)換器的參考（模擬）地和數(shù)字地。

4. 噪聲特性

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)者需要關(guān)注AD684引入的噪聲，其總輸出噪聲包括采樣的寬帶噪聲和帶限輸出噪聲?？傒敵鲈肼暿遣蓸又绷鞑淮_定性和保持模式噪聲的均方根和。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求合理選擇輸入帶寬，以降低噪聲對(duì)系統(tǒng)精度的影響。

5. 模擬輸入驅(qū)動(dòng)

為了獲得最佳性能，建議使用低阻抗信號(hào)源驅(qū)動(dòng)AD684的模擬輸入，以減少模擬和數(shù)字串?dāng)_。對(duì)于高阻抗信號(hào)源，需要在AD684前端添加運(yùn)算放大器緩沖器，如AD713。

6. 高頻采樣

在高頻采樣時(shí)，孔徑抖動(dòng)和失真會(huì)限制AD684的頻率域性能?？讖蕉秳?dòng)會(huì)在采樣的模擬輸入上產(chǎn)生有效噪聲，其大小與輸入信號(hào)的頻率直接相關(guān)。同時(shí)，隨著頻率的增加，失真會(huì)增大，降低轉(zhuǎn)換的“有效位數(shù)”。

五、典型應(yīng)用案例

AD684在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。例如，在圖9所示的典型數(shù)據(jù)采集電路中，AD684與高速12位A - D轉(zhuǎn)換器AD7672配合使用，能夠同時(shí)對(duì)四個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。通過(guò)ADG201四通道CMOS開(kāi)關(guān)選擇其中一個(gè)保持輸出，并經(jīng)過(guò)AD711緩沖后進(jìn)行處理。AD588提供參考電壓，通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇不同的輸入范圍。

六、總結(jié)與思考

AD684作為一款高性能的四通道采樣保持放大器，憑借其快速的采集速度、低抖動(dòng)、低功耗、高通道間匹配度以及良好的溫度穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高速A - D轉(zhuǎn)換前端等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師們還需要根據(jù)具體的系統(tǒng)需求，綜合考慮噪聲、電源、輸入驅(qū)動(dòng)等因素，以充分發(fā)揮AD684的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用采樣保持放大器時(shí)，是否也遇到過(guò)類似的問(wèn)題呢？你又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。