CN0307 集成低功耗輸入驅(qū)動器和基準電壓源的16位6 MSPS SAR ADC系統(tǒng),針對多路復(fù)用應(yīng)用優(yōu)化
2021-06-03 |
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資料介紹
CN0307 AD7625 集成內(nèi)部基準電壓源,如果系統(tǒng)要求,還支持兩個外部基準電壓源。通過在REFIN引腳上施加 ADR3412 基準電壓(1.2 V)輸出,可以產(chǎn)生基準電壓,它通過片上基準電壓緩沖器放大為4.096 V的正確ADC基準電壓值。 ADR3412 可使用與 AD7625相同的5 V模擬軌供電,并且采用片上基準電壓緩沖器。
另外,4.096 V外部基準電壓源(例如 ADR434 或 ADR444)可以連接到使用緩沖放大器(例如 AD8031 )的ADC無緩沖REF輸入,如圖1所示。此方法常用于多通道應(yīng)用,其中的系統(tǒng)基準電壓源由多個ADC共享。
ADR434和 ADR444 配置還非常適合單通道應(yīng)用,這些應(yīng)用需要較低的基準電壓源溫度系數(shù)(對于ADR434B 和ADR444B,最大值為3 ppm/°C)。用于為 ADA4897-1 運算放大器供電的7 V供電軌還可為 ADR434 或 ADR444的VIN電源引腳供電。
另一個具有吸引力的4.096 V基準電壓源為。 ADR4540低壓差
(>300 mV)高精度基準電壓源,允許采用5 V電源供電。
如果需要, ADA4897-1 和 AD8031 單通道運算放大器可用它們的雙通道版本(分別為 ADA4897-2 和 AD8032) 來替代。
對于3 MHz的高輸入頻率,我們推薦使用 ADA4899-1(15mA/amp)作為驅(qū)動放大器。
ADA4938-1 (37 mA/amp)非常適用于高達10 MHz的信號,也可用作單端到差分轉(zhuǎn)換器。
該電路或任何高速電路的性能都高度依賴于適當?shù)挠∷㈦娐钒?PCB)布局,包括但不限于電源旁路、受控阻抗線路(如需要)、元件布局、信號布線以及電源層和接地層。(有
關(guān)PCB布局的詳情,請參見指南 MT-031 、指南 MT-101 以及 " 高速印刷電路板布局實用指南”一文。) 我們開發(fā)了 EVAL-AD7625EDZ 評估板來評估和測試 AD7625 ADC。為了測試圖1所示的電路,我們用兩個 ADA4897-1運算放大器代替兩個 ADA4899-1 運算放大器(U13、U14)。
有關(guān)詳細的原理圖和用戶指南,請參考 EVAL-AD7625EDZ文檔。該文檔描述了如何進行本電路筆記所述的交流測試。
請注意,輸入放大器的+7 V和?2 V電源從外部雙電源連接到EVAL-AD7625EDZ板。
測試設(shè)置的功能框圖如圖4所示,而評估板的照片如圖5所示。
設(shè)備要求
為測試該電路,需要如下設(shè)備:
EVAL-AD7625EDZ 改進型評估板(包括軟件和7 V直流壁式電源適配器)
EVAL-CED1Z 轉(zhuǎn)換器評估和演示平臺電路板
一個低失真信號發(fā)生器,如Agilent 81150A或Audio PrecisionSYS2702
帶USB 2.0端口的PC,運行Windows? XP、Windows Vista或Windows 7(32位或64位)
7 V直流壁式電源適配器(包括在評估板中)
外部+7 V和?2 V直流電源,電流為50 mA
?
圖4. 測試設(shè)置功能框圖
?
圖 5. 經(jīng)過修改的EVAL-AD7625EDZ電路板,連接至EVAL-CED1Z電路板? ADA4897-1具有低失真(1 MHz頻率下的無雜散動態(tài)范圍[SFDR]
為?93 dB)、0.1%快速建立時間(36 ns)和高帶寬(230 MHz,?3 dB,G = 1)。兩個 ADA4897-1驅(qū)動器的增益均配置為1。單極點2.95 MHz低通RC濾波器使用20Ω電阻和2.7 nF電容,放置在每個驅(qū)動器和ADC之間。該濾波器在 AD7625 的輸入端限制運算放大器的輸出噪聲,并且提供一些帶外諧波衰減。
通過使用配置為單位增益緩沖器的 AD8031 來緩沖 AD7625的VCM輸出電壓(標稱值為2.048 V),設(shè)置ADA4897-1 輸出端的共模電壓。共模偏置電壓通過590Ω串聯(lián)電阻施加于輸入端。 AD8031非常適合驅(qū)動共模電壓,因為它具有低輸出阻抗,還可在出現(xiàn)瞬態(tài)電流時進行快速建立。
AD7625采用LVDS接口,可實現(xiàn)業(yè)界具有突破性的動態(tài)性能,信噪比為92 dB(6 MSPS),具有16位(1 LSB)積分非線性(INL)性能。 ADR434 基準電壓源(4.096 V)為低噪聲、高精度的XFET基準電壓源,具有較低的溫度漂移。其源電流輸出最高達30 mA,最大吸電流能力為20 mA。
ADR434提供8引腳MSOP或8引腳窄體SOICC封裝。 AD8031 運算放大器可將 ADR434
輸出端與 AD7625的基準電壓輸入隔離開來,為REF輸入端的瞬態(tài)電流提供低阻抗和快速建立。
雙驅(qū)動器僅需要54 mW,與135 mW的ADC功率、12 mW的基準電壓源和緩沖相加,整個電路僅產(chǎn)生201 mW的總功耗。
電路使用+7 V和?2 V電源,用于 ADA4897-1 驅(qū)動器的輸入,以最大程度降低功耗, 實現(xiàn)最佳系統(tǒng)失真性能。 ADA4897-1
輸出級是軌到軌的,采用5 V單電源供電時,在150 mV和4.85 V之間擺動。但是,范圍兩端的額外2 V裕量可以提供低失真。
圖2顯示輸入級使用+7 V和?2 V電源的電路交流性能。SNR= 88.6 dB,THD = ?110.7 dB,20 kHz輸入信號比滿量程低0.6 dB(93%滿量程)。
圖2. 雙電源(+7 V,?2 V)供電的AD7625和ADA4897-1,SNR = 88.6 dB,THD = ?110.7 dB,
基波幅值 = 滿量程的?0.6 dB
?
圖3. 單電源(5 V)供電的AD7625和ADA4897-1,SNR = 86.7 dB,THD = -101.1 dB,基波幅值 = 滿量程的?1.55 dB
?
圖3顯示輸入級使用5 V單電源的電路交流性能。SNR = 86.7dB,THD = -101.1 dB,20 kHz輸入信號比滿量程低1.55 dB(84%滿量程)。
電源電壓從?2 V,+7 V降低至0 V,+ 5V,數(shù)據(jù)顯示SNR大約降低1.9 dB,THD大約降低9.6 dB。
單電源配置適用于系統(tǒng)沒有雙電源但仍需達到高性能的用戶。 CN0307 集成低功耗輸入驅(qū)動器和基準電壓源的16位6 MSPS SAR ADC系統(tǒng),針對多路復(fù)用應(yīng)用優(yōu)化 圖1中的電路采用16位、6 MSPS逐次逼近型(SAR)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和差分至差分驅(qū)動器組合,針對低功耗下的低噪聲(信噪比[SNR] = 88.6 dB)和低失真(總諧波失真[THD]=?110 dBc)進行了優(yōu)化。該電路非常適合于高性能多路復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),例如便攜式數(shù)字X射線系統(tǒng)和安保掃描儀,因為SAR架構(gòu)在進行采樣時不會發(fā)生采用流水線式ADC通常會出現(xiàn)的延遲或流水線延遲。6 MSPS的采樣速率可以實現(xiàn)多個通道的快速采樣,該ADC具有真正的16位直流線性度性能和串行低壓差分信號(LVDS)接口,以實現(xiàn)低引腳數(shù)和低數(shù)字噪聲。
圖1. 驅(qū)動AD7625的ADA4897-1(未顯示全部連接和去耦)
?
驅(qū)動器使用兩個低噪聲 (1 nV/√Hz) ADA4897-1 運算放大器,可在低功率水平下(每放大器3 mA)保持 AD7625 ADC的動態(tài)性能。 ADA4897-1 具有45ns的0.1%快速建立時間,非常適合多路復(fù)用應(yīng)用。
這種組合可在很小的電路板空間中,以低功耗提供業(yè)界領(lǐng)先的動態(tài)性能, AD7625 采用5 mm × 5 mm、32引腳LFCSP封裝; ADA4897-1 采用8引腳SOIC封裝; AD8031 采用5引腳SOT-23封裝。 CN0307 CN0307 | circuit note and reference circuit info 集成低功耗輸入驅(qū)動器和基準電壓源的16位6 MSPS SAR ADC系統(tǒng),針對多路復(fù)用應(yīng)用優(yōu)化 | Analog Devices 圖1中的電路采用16位、6 MSPS逐次逼近型(SAR)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和差分至差分驅(qū)動器組合,針對低功耗下的低噪聲(信噪比[SNR] = 88.6 dB)和低失真(總諧波失真[THD]=?110 dBc)進行了優(yōu)化。該電路非常適合于高性能多路復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),例如便攜式數(shù)字X射線系統(tǒng)
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