針對交流性能優(yōu)化的18 位、5 MSPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

電路功能與優(yōu)勢

圖1中的電路是一款完整的18位、5 MSPS、低功耗、低噪聲、高精度數(shù)據(jù)采集信號鏈解決方案，功耗僅122 mW?；鶞?zhǔn)電壓源、基準(zhǔn)電壓源緩沖器、驅(qū)動放大器和ADC提供優(yōu)化解決方案，具有業(yè)界領(lǐng)先的99 dB SNR和-117 dB THD。由于具有功耗低和PCB尺寸小的特點，該電路適合便攜式應(yīng)用。

圖1. 18位、5 MSPS信號鏈(未顯示所有連接和去耦)

電路描述

ADA4897-1是驅(qū)動高精度、18位、5 MSPS SAR ADC AD7960的理想選擇。ADA4897-1是一款低噪聲(1 nV/√Hz典型值)和低功耗(3 mA)軌到軌輸出放大器，帶寬為230 MHz，壓擺率為120 V/μs，0.1%建立時間為45 ns。

ADA4897-1運算放大器的輸入信號經(jīng)820 Ω / 100 pF網(wǎng)絡(luò)過濾，該網(wǎng)絡(luò)帶寬為2 MHz。針對AD7960 ADC輸入的額外過濾由33 Ω / 56 pF網(wǎng)絡(luò)提供，該網(wǎng)絡(luò)帶寬為86 MHz。后一個濾波器有助于降低來自AD7960容性DAC輸入的反沖，并限制進入AD7960輸入端的噪聲。

電路使用+7 V和-2.5 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具有軌到軌輸出級，可擺幅至每供電軌的150 mV以內(nèi)。+7 V和 - 2.5 V電源提供的額外裕量具有出色的失真性能。

AD7960差分輸入范圍由5 V或4.096 V外部基準(zhǔn)電壓源設(shè)置。圖1中，5 V基準(zhǔn)電壓源由ADR4550提供，該基準(zhǔn)電壓源具有高精度、低功耗(950 μA最大工作電流)、低噪聲特性，最大初始誤差為±0.02%，提供出色的溫度穩(wěn)定性和低輸出噪聲性能。AD8031用于緩沖外部基準(zhǔn)電壓源和AD7960的共模輸出電壓，適合各種應(yīng)用，從高帶寬電池供電系統(tǒng)到元器件密度要求具有更低功耗的高速系統(tǒng)。AD8031具有大容性負(fù)載穩(wěn)定性，可驅(qū)動去耦電容，用于最大程度降低瞬態(tài)電流引起的電壓尖峰。

AD7960數(shù)字接口使用低電壓差分信號(LVDS)實現(xiàn)高數(shù)據(jù)傳輸率。用戶必須對AD7960施加LVDS CLK+/CLK- 信號，才能向數(shù)字主機傳輸數(shù)據(jù)。

AD7960是一款5MSPS、18位轉(zhuǎn)換器，具有±0.8 LSB INL、±0.5 LSB DNL、100 dB DR，功耗僅為46.5 mW。如圖1所示，AD7960采用+5 V (VDD1)和+1.8 V(VDD2、VIO)電源。使用ADP7104和ADP124等LDO可產(chǎn)生所需的5 V和1.8 V電源。

AD7960可將反相模擬輸入信號(IN+和IN-)的差分電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出信號。模擬輸入IN+和IN-要求共模電壓等于基準(zhǔn)電壓的一半。低噪聲、低功耗放大器AD8031緩沖來自低噪聲、低漂移ADR4550的+5V基準(zhǔn)電壓，還可緩沖AD7960的共模輸出電壓(VCM)。ADA4897-1配置為單位增益緩沖器，以0 V至5 V差分反相(180°反相)驅(qū)動AD7960的輸入。圖2顯示典型積分非線性與AD7960輸出代碼的函數(shù)關(guān)系，并位于±0.8 LSB的規(guī)格范圍內(nèi)(采用5 V外部基準(zhǔn)電壓源)。

圖2. AD7960典型積分非線性與輸出代碼的關(guān)系(5 V基準(zhǔn)電壓源)

直方圖與FFT性能

圖3中的直方圖以及圖4中的FFT曲線顯示該電路的精密性能，采用5 V外部基準(zhǔn)電壓源。使用EVAL-AD7960FMCZ評估板獲取數(shù)據(jù)，使用Audio Precision SYS-2702作為信號源。

圖3. 典型直方圖(5 V基準(zhǔn)電壓源)

圖4. 1 kHz、-0.5 dBFS輸入音FFT(5 V基準(zhǔn)電壓源)

常見變化

AD7961是一款16位、5 MSPS PulSAR 差分ADC，與AD7960 PulSAR 系列引腳兼容，因此如果只要求具有16位性能時，可代替圖1電路中的AD7960使用。AD7960系列支持4.096 V或5 V外部基準(zhǔn)電壓源。EVAL-AD7960FMCZ板允許通過跳線選擇ADR4540 (4.096 V)或ADR4550 (5 V)。

連接基準(zhǔn)電壓源的各種選項可通過AD7960的EN[0:3]使能引腳控制，如AD7960數(shù)據(jù)手冊中所述。若需0 V至5 V輸入范圍，則ADR4550基準(zhǔn)電壓源可與AD8031基準(zhǔn)電壓源緩沖器一同使用?？梢酝ㄟ^將AD7960的使能引腳設(shè)為EN[0:3] = ‘X001’ or ‘X101’實現(xiàn)。

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。

如需獲得最佳的噪聲和失真性能，則必要時可在電路中使用具有單位增益穩(wěn)定、超低失真、1 nV√Hz電壓噪聲的運算放大器ADA4899-1 (15 mA)代替ADA4897-1。

電路評估與測試

我們開發(fā)了EVAL-AD7960FMCZ評估板來評估和測試AD7960 ADC。為了測試圖1中的電路，使用兩個ADA4897-1運算放大器驅(qū)動AD7960。

EVAL-AD7960FMCZ用戶手冊UG-490提供詳細(xì)的原理圖和用戶指南。該文檔描述如何運行本電路筆記中涉及的AC/DC測試。

請注意，用戶可采用外部雙電源，選擇性為EVAL-AD7960FMCZ板上的輸入放大器提供+7 V和-2.5 V電源。

測試設(shè)置的功能框圖如圖5所示，而評估板的照片如圖6所示。

設(shè)備要求

為測試該電路，需要如下設(shè)備：

● EVAL-AD7960FMCZ評估板和軟件

● 系統(tǒng)演示平臺(EVAL-SDP-CH1Z)板

● 一個低失真信號發(fā)生器，如Agilent 81150A或Audio Precision SYS2702

● 帶USB 2.0端口的PC，運行Windows XP、Windows Vista或Windows 7(32位或64位)

● 12 V直流壁式電源適配器(包括在EVAL-SDP-CH1Z板中)

● USB接口電纜(1)和SMA電纜(1)

圖5. 測試設(shè)置功能框圖

圖6. EVAL-AD7960FMCZ板連接EVAL-SDP-CH1Z板