單電源、差分、18位ADC驅(qū)動器ADA4941 - 1的詳細(xì)解析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，高性能的ADC驅(qū)動器對于系統(tǒng)的整體性能至關(guān)重要。今天我們來深入了解一款由Analog Devices推出的單電源、差分、18位ADC驅(qū)動器——ADA4941 - 1。

文件下載：ADA4941-1.pdf

產(chǎn)品概述

ADA4941 - 1是一款專門為對功耗敏感的系統(tǒng)中的18位及以下模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）設(shè)計的低功耗、低噪聲差分驅(qū)動器。它采用易于使用的單端轉(zhuǎn)差分配置，在增益為2的配置下無需外部組件。通過添加電阻反饋網(wǎng)絡(luò)，還能實現(xiàn)大于2的增益。這款驅(qū)動器為驅(qū)動高分辨率ADC提供了低失真和高SNR等關(guān)鍵優(yōu)勢。

產(chǎn)品特性

電氣性能

1. 轉(zhuǎn)換特性：具備單端轉(zhuǎn)差分的轉(zhuǎn)換能力，線性度極佳。在100 kHz、(V_{O,dm}=2V p - p)的條件下，失真低至 - 110 dBc。
2. 噪聲與功耗：輸出參考噪聲低至10.2 nV/√Hz（(G = 2)），功耗極低，在3V電源下僅為2.2 mA。
3. 輸入特性：輸入阻抗高達(dá)24 MΩ，并且增益可由用戶調(diào)節(jié)。
4. 速度與帶寬：高速性能出色， - 3 dB帶寬達(dá)31 MHz（(G = + 2)），對于2V階躍信號，快速建立時間僅為300 ns至0.005%。
5. 輸出特性：輸出參考失調(diào)低至0.8 mV（(G = 2)），輸出為軌到軌，還具備禁用功能。
6. 電源范圍：電源電壓范圍寬，為2.7V至12V。

封裝與溫度適應(yīng)性

它采用節(jié)省空間的3 mm × 3 mm LFCSP封裝，并且能夠在擴(kuò)展工業(yè)溫度范圍（ - 40°C至 + 125°C）內(nèi)正常工作。

規(guī)格參數(shù)

動態(tài)性能

噪聲與失真性能

直流性能

應(yīng)用領(lǐng)域

由于其出色的性能，ADA4941 - 1適用于多種應(yīng)用場景，包括單電源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、儀器儀表、過程控制、電池供電系統(tǒng)以及醫(yī)療儀器等。

工作原理

ADA4941 - 1由一個未連接的放大器A1驅(qū)動一個精密反相器A2組成。A1的負(fù)輸入引出到引腳1（FB），允許用戶編程增益。反相運算放大器A2對A1的輸出進(jìn)行精確反相，產(chǎn)生輸出信號VON。

基本連接與電壓關(guān)系

在基本連接中，REF引腳的電壓決定輸出共模電壓，但不影響OUT + 引腳的電壓。在計算輸出電壓時，需要同時考慮差分和共模電壓，以避免產(chǎn)生不期望的差分失調(diào)。

增益設(shè)置與計算

外部增益設(shè)置網(wǎng)絡(luò)由(R{F})和(R{G})組成，輸出電壓的計算公式如下： [V{OP}=V{IN}left(1+frac{R{F}}{R{G}}right)-V{G}left(frac{R{F}}{R_{G}}right)]

典型性能曲線分析

通過一系列的典型性能曲線，我們可以更直觀地了解ADA4941 - 1在不同條件下的性能表現(xiàn)：

1. 頻率響應(yīng)：包括小信號和大信號在不同電源、溫度、負(fù)載和增益條件下的頻率響應(yīng)曲線，幫助我們確定其帶寬和穩(wěn)定性。
2. 失真特性：展示了在不同頻率、輸出幅度、負(fù)載和增益條件下的失真情況，為我們評估其在不同應(yīng)用中的失真性能提供了依據(jù)。
3. 瞬態(tài)響應(yīng)：包括小信號和大信號在不同電容負(fù)載和電源條件下的瞬態(tài)響應(yīng)曲線，反映了其動態(tài)響應(yīng)能力。
4. 電源相關(guān)特性：如電源抑制比與頻率的關(guān)系、電源電流與溫度的關(guān)系等，有助于我們了解其在不同電源條件下的性能。

應(yīng)用信息

REF引腳的使用

REF引腳用于設(shè)置反相路徑的輸出基線，并作為輸入信號的參考。在大多數(shù)應(yīng)用中，將REF引腳設(shè)置為輸入信號的中間擺動電平，可提供最佳的輸出動態(tài)范圍性能，并使差分失調(diào)最小化。

內(nèi)部反饋網(wǎng)絡(luò)功耗

ADA4941 - 1包含兩個片上1 kΩ電阻組成的內(nèi)部反饋回路，在計算器件的總功耗時，需要考慮這些電阻的功耗。在某些情況下，這些電阻的功耗可能與器件的靜態(tài)功耗相當(dāng)。

濾波器添加

可以將其非反相放大器用作Sallen - Key濾波器的緩沖放大器，設(shè)計一個3極低通濾波器來限制ADC前端的信號帶寬。

驅(qū)動AD7687 ADC

ADA4941 - 1是驅(qū)動高分辨率ADC（如AD7687）的理想選擇。在驅(qū)動AD7687時，可通過特定的電路配置，為其提供穩(wěn)定的參考電壓。

增益為 - 2的配置

ADA4941 - 1還可以配置為增益為 - 2的模式，此時輸入放大器A1作為反相放大器工作。這種配置在輸入擺幅較大的應(yīng)用中非常有用，因為輸入共模電壓可以保持恒定。

總結(jié)

ADA4941 - 1憑借其出色的電氣性能、寬電源范圍、低功耗和易于使用的特點，成為了驅(qū)動高分辨率ADC的優(yōu)秀選擇。無論是在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、儀器儀表還是醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，它都能為系統(tǒng)的高性能運行提供有力支持。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求，合理配置其增益、REF引腳等參數(shù)，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。你在使用類似的ADC驅(qū)動器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。