怎樣得到高性能SAR ADC的所有代碼

　　凌力爾特具有 >101dB SNR 的 18 位 SAR ADC 新系列一定令你振奮吧，誰(shuí)會(huì)不振奮呢? 不過(guò)你的付出得到所希望的回報(bào)了嗎? 為了實(shí)現(xiàn)異常寬的動(dòng)態(tài)范圍，你需要確保在信號(hào)最大時(shí)，利用該 ADC 的整個(gè)滿標(biāo)度范圍。換句話說(shuō)，你需要運(yùn)用所有代碼。怎樣才能做到這一點(diǎn)呢?

　　ADC 信噪比 (SNR) 的定義是，ADC 可以處理的最大信號(hào)與該 ADC 噪聲層之比。為了實(shí)現(xiàn)高達(dá) 102dB 的 SNR，LTC2379 系列規(guī)定了 10Vpp 的差分輸入范圍，這意味著兩個(gè)輸入每一個(gè)都可以在 0V 至 5V 范圍內(nèi)擺動(dòng)。

　　在 ADC 前面會(huì)有一個(gè)放大器。該放大器的作用是充當(dāng)一個(gè)良好的電壓源，以給 ADC 的采樣電容充電。ADC 輸入是放大器輸出，因此，針對(duì)從 0V 至 5V 擺動(dòng)的 ADC 輸入，該放大器的輸出必須在 0V 至 5V 范圍內(nèi)擺動(dòng)。

　　如果有范圍很寬的電源軌可用，那么事情就很容易。例如，也許你已經(jīng)有部分前端靠 ±15V 的電源運(yùn)行。在這種情況下，任何靠這種軌運(yùn)行的運(yùn)算放大器，其輸出都可以在 0V 和 5V 之間擺動(dòng)。你可以使用 LT1468 實(shí)現(xiàn)極好的 DC 準(zhǔn)確度和快速穩(wěn)定時(shí)間，或者使用 LT1124 實(shí)現(xiàn)非常低的漂移和低的 1/f 噪聲，還可以使用封裝非常小的 LT6011 實(shí)現(xiàn)微功率運(yùn)算放大器。

　　如果你不喜歡使用 ±15V 這種范圍很寬的電源，但仍然想要在 0V 至 5V 的整個(gè)范圍內(nèi)擺動(dòng)，那么你可以僅針對(duì)最后一級(jí)放大器提供特殊的電源軌，例如 -2V 至 +7V。驅(qū)動(dòng) LTC2379-18 的 LT6350 的參考設(shè)計(jì)準(zhǔn)確地做到了這一點(diǎn) (參見圖 1)。用 +7V 電源給 5V 基準(zhǔn)供電也很方便?！　?/p>

圖 1：通過(guò)用 +7V 至 -2V 的電源給 LT6350 供電，可以為每個(gè) ADC 輸入從 0V 至 5V 擺動(dòng)提供大量空間。這是 DC1783A 演示電路板上演示的缺省參考設(shè)計(jì)。

　　不過(guò)，如果你想用單一 5V 電源軌給放大器供電，會(huì)發(fā)生什么情況呢? 你也許認(rèn)為，利用軌至軌運(yùn)算放大器，剛好有足夠的空間以擺動(dòng)在 0V 至 5V，但實(shí)際上你是做不到的。軌至軌輸出級(jí)并非是真正軌至軌的。這種輸出級(jí)充其量也只能達(dá)到與每個(gè)軌相差約 10mV 的電壓，而且這還是在硬限幅的情況下實(shí)現(xiàn)的，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致較慢的飽和恢復(fù)時(shí)間。如果需要良好的線性度 (低失真)，那么輸出電壓通常應(yīng)該與每個(gè)軌相距至少數(shù)百毫伏。例如，新的低功率差分運(yùn)放 LTC6362 (參見圖 2) 用單一 5V 電源工作。其輸出可以擺動(dòng)至與任一電源軌相差約 100mV 的范圍，該器件在與任一軌相差 250mV 以內(nèi)時(shí)，保持 >110dB 的線性度。如果你設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，讓感興趣的最大信號(hào)不超過(guò)這個(gè)范圍，那么就運(yùn)用了至少 90% 的 ADC 代碼，這意味著，你實(shí)現(xiàn)了與所申明的動(dòng)態(tài)范圍相差 1dB 的范圍。在很多情況下，這就是最好的解決方案了。實(shí)際上，這會(huì)讓人安心，因?yàn)槟阒婪糯笃鞅ＷC不會(huì)超過(guò) (或惡化、損害) ADC 的輸入范圍。這自然而然起到了保護(hù)作用?！　?/p>

圖 2：即使每個(gè)輸出擺動(dòng)至與最接近的軌相差 250mV 以內(nèi)時(shí)，LTC6362 差分運(yùn)算放大器仍然保持 >110dB 的線性度。這給以缺省模式運(yùn)行的 LTC2397-18 ADC 提供了 -1dBFS 的擺幅。如果以數(shù)字增益壓縮 (DGC) 模式配置 ADC，那么為了仍然運(yùn)用該 ADC 的所有代碼，LTC6362 的輸出僅需要 8Vpp 的差分?jǐn)[幅。

　　LTC2379 系列提供稱為數(shù)字增益壓縮 (DGC) 的創(chuàng)新性功能。接通這個(gè)功能時(shí)，ADC 將等于基準(zhǔn)電壓 10% 至 90% 的電壓擺幅視為滿標(biāo)度。以這種方式工作時(shí)，采用一個(gè) 5V 基準(zhǔn)，放大器輸出僅需要在 0.5V 至 4.5V 范圍內(nèi)擺動(dòng)，以及仍然可以使用 18 位 ADC 的所有 262,144 個(gè)代碼。你可以相應(yīng)擴(kuò)展前端增益，并以 18 位分辨率獲得滿標(biāo)度，同時(shí)放大器僅用單一 5V 電源運(yùn)行。即使用上了所有代碼，動(dòng)態(tài)范圍仍然會(huì)縮小一點(diǎn)，因?yàn)槟M電壓擺幅從 10Vpp 減小到了 8Vpp，同時(shí)熱噪聲仍然保持不變。就 18 位 ADC 而言，量化噪聲非常小，以至于僅熱噪聲才需要重視，因此在數(shù)字增益壓縮模式，會(huì)損失大約 2dB 的 SNR。就 16 位 ADC 而言，在數(shù)字增益壓縮模式僅損失 1dB SNR，因?yàn)槟氵€會(huì)從相應(yīng)減小的量化噪聲中受益。