ADC分類及其前端配置技術(shù)介紹

*特征

逐次逼近存儲(chǔ)(SAR)轉(zhuǎn)換器是針對中等采樣速率的中高分辨率應(yīng)用常用的架構(gòu)。SARADC分辨率范圍從8位至18位不等，典型速度值低于10MSPS，擁有較低的功率損耗及小外形。SAR轉(zhuǎn)換器依照與平衡校準(zhǔn)類似的原理運(yùn)作。在校準(zhǔn)時(shí)，未知重量被置于天平的一端，同時(shí)將已知重量添加置另一端，通過減少或添加(kept)直至兩端達(dá)到完美的平衡。未知重量可通過添加的已知總量的總數(shù)測量得出。在SAR轉(zhuǎn)換器中，輸入信號是未知量，通過采樣并保持。該電壓隨后將于連續(xù)的已知電壓比較，其結(jié)果由轉(zhuǎn)換器輸出。但與重量測量不同．轉(zhuǎn)換可通過電荷再分配技術(shù)在非常短的時(shí)間內(nèi)完成。

由于SAR AD C需要對輸入信號采樣，并將采樣值保持到轉(zhuǎn)換完成，其架構(gòu)并不產(chǎn)生對自然輸入信號的損耗，因此也并不要求輸入信號是連續(xù)的。這也使得SAR架構(gòu)可理想的用于轉(zhuǎn)換器前置多路復(fù)用器的應(yīng)用，或用于轉(zhuǎn)換器只需要每幾秒鐘測量一次的應(yīng)用以及對測量的耐久性有需求的應(yīng)用。在轉(zhuǎn)換時(shí)間保持不變得多種情況下，SAR架構(gòu)的轉(zhuǎn)換器較之流水線型或厶∑轉(zhuǎn)換器擁有更短的采樣至轉(zhuǎn)換延時(shí)。

*應(yīng)用

SAR轉(zhuǎn)換器是各類實(shí)時(shí)應(yīng)用的理想選擇，例如工業(yè)控制、電機(jī)控制、電源管理、便攜式／電池供電儀表、PDA(個(gè)人數(shù)字助理，也稱掌上電腦)、測試儀器及數(shù)據(jù)／信號采集。

2、關(guān)于寬帶ADC前端設(shè)計(jì)技術(shù)--驅(qū)動(dòng)ADC的放大器配置技術(shù)

高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)“前端”的輸入配置設(shè)計(jì)對達(dá)到要求的系統(tǒng)性能至關(guān)重要。優(yōu)化總體設(shè)計(jì)取決于很多因素，包括應(yīng)用性質(zhì)、系統(tǒng)組成和ADC的結(jié)構(gòu)。以下僅就使用放大器影響ADC前端設(shè)計(jì)的一些重要的考慮作分析。

2.1首先要說明驅(qū)動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的放大器配置技術(shù)的基本理念

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常需要在ADC前端前置放大器以緩沖輸入信號。由于采樣及轉(zhuǎn)換期間的容性充電及切換，使得絕大多數(shù)的現(xiàn)代ADC都具有復(fù)雜的輸入特征。該操作在ADC的輸入端所產(chǎn)生的瞬態(tài)電流將擾亂并扭曲精密的模擬輸入信號。而輸入放大器配置或伺服則可以在存在此類電流瞬變時(shí)提供一個(gè)穩(wěn)定、精確的信號。同時(shí)還可提供增益(或衰減)、電平切換、濾波以及其他信號調(diào)節(jié)能力。選擇輸入運(yùn)算放大器需要進(jìn)行多方面考慮。通過直流精確性選取可大大縮小放大器選擇的范圍。所選的放大器必須具有足夠低的偏置電壓、偏置點(diǎn)電壓漂移、輸入偏置電流、噪聲等等，以滿足精確度的需求。但動(dòng)態(tài)性能的特性的考慮，往往是選擇過程中最棘手的問題。因?yàn)榉糯笃鞅仨毦哂袧M足要求的動(dòng)態(tài)信號特性，。如多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求運(yùn)算放大器具有卓越的動(dòng)態(tài)性能。

*放大器配置技術(shù)的幾個(gè)指標(biāo)因素

時(shí)域問題--某些應(yīng)用要求放大器在輸入電壓變化的全刻度范圍內(nèi)都有精確的響應(yīng)。例如，多輸入系統(tǒng)的可能出現(xiàn)兩個(gè)相鄰輸入端的輸入電壓信號值都等于滿刻度值的情況。放大器及ADC必須在單個(gè)采樣周期內(nèi)對此類突然的全刻度變化做出響應(yīng)。

穩(wěn)定時(shí)間--通常用來描述放大器對大改變量的輸入信號響應(yīng)的能力(見圖3所示)輸出電壓與時(shí)間的特性曲線。

圖3

穩(wěn)定時(shí)間包括了取決于轉(zhuǎn)換速率的大信號周期以及取決于放大器帶寬的小信號穩(wěn)定周期。轉(zhuǎn)換時(shí)間因步長不同而各異。盡管只對特定的步長作了一般性的規(guī)定，但對于其它步長的穩(wěn)定時(shí)間還是可從單步的轉(zhuǎn)換期段推斷得出。

穩(wěn)定波形的小信號期段(small-signal portion)受到輸入放大器增益的影響。如果放大器被置為較高的增益，系統(tǒng)帶寬會(huì)下降，從而比例性的增加了穩(wěn)定波形的小信號期段。

頻域性能--許多ADC都被用于數(shù)字化動(dòng)態(tài)波形，例如音頻。在此類系統(tǒng)中，快速的全刻度信號階變很少出現(xiàn)，甚至不可能碰到。因此，此類系統(tǒng)的優(yōu)劣一般以數(shù)字化信號的譜純凈度作為衡量準(zhǔn)則。支持此類應(yīng)用的放大器，應(yīng)帶有所需的防失真性能。許多放大器都采用了THD+N(總諧波失真+噪聲)進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)明。當(dāng)然也存在其它方面的衡量。所有這些衡量都采用純凈正弦波(或合成正弦波)，并測定輸入端不含有，而在輸出端出現(xiàn)的光譜內(nèi)容。

*放大器配置技術(shù)中的RC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

輸入放大器通常通過RC網(wǎng)絡(luò)連接到ADC，見圖4所示虛線框圖。

圖4

雖然常被稱為濾波器，但此類網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是因ADC輸入電路而產(chǎn)生的電流脈沖出現(xiàn)時(shí)的一個(gè)伺服”調(diào)速輪”(flywheel)。RC網(wǎng)絡(luò)電路的取值同時(shí)取決于放大器及ADC的特性，并經(jīng)常需要針 對特殊應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。最適宜的電容一般為ADC輸入電容值的10=+50倍。電阻值的選擇則應(yīng)當(dāng)滿足速度或應(yīng)用需求的帶寬的要求。

3、驅(qū)動(dòng)ADC的放大器配置技術(shù)-實(shí)用舉例

3.1為什么選擇放大器，而不選擇變壓器？

放大器的性能限制比變壓器少。如果必須保持直流(DC)電平，就必須使用放大器，因?yàn)樽儔浩魇枪逃械慕涣?AC)器件。另外，如果需要，變壓器可以提供電流隔離。放大器提供增益比較容易，因?yàn)榉糯笃鞯妮敵鲎杩箤?shí)質(zhì)上與增益無關(guān)。另一方面，變壓器的輸出阻抗與電壓增益呈平方關(guān)系增加--電壓增益取決于匝數(shù)比。放大器在通帶范圍內(nèi)提供平坦的響應(yīng)，而沒有由于變壓器寄生交互作用引起的紋波。