高精度18位 5 MSPS 低功耗數(shù)據(jù)采集信號(hào)鏈

　　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(hào)鏈解決方案，功耗僅122 mW。基準(zhǔn)電壓源、基準(zhǔn)電壓源緩沖器、驅(qū)動(dòng)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(diǎn)，該電路適合便攜式應(yīng)用。

　　圖1. 18位、5 MSPS信號(hào)鏈（未顯示所有連接和去耦）

　　電路描述

　　ADA4897-1是驅(qū)動(dòng)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(shí)間為45 ns。

　　ADA4897-1運(yùn)算放大器的輸入信號(hào)經(jīng)820Ω/100 pF網(wǎng)絡(luò)過濾，該網(wǎng)絡(luò)帶寬為2 MHz。針對(duì)AD7960 ADC輸入的額外過濾由33Ω/56 pF網(wǎng)絡(luò)提供，該網(wǎng)絡(luò)帶寬為86 MHz。后一個(gè)濾波器有助于降低來自AD7960容性DAC輸入的反沖，并限制進(jìn)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(dòng)器的輸入，以最大程度降低功耗，實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)失真性能。ADA4897-1 具有軌到軌輸出級(jí)，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（950μA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(dòng)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(hào)（LVDS）實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)傳輸率。用戶必須對(duì)AD7960施加LVDS CLK+/CLK− 信號(hào)，才能向數(shù)字主機(jī)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可將一對(duì)反相模擬輸入信號(hào)（IN+和IN−）的差分電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出信號(hào)。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相位相反的差分對(duì)（180°反相）驅(qū)動(dòng) 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(píng)估板獲取數(shù)據(jù)，使用Audio Precision SYS-2702作為信號(hào)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）

　　欲查看完整原理圖和印刷電路板的布局，請(qǐng)參見CN-0277 設(shè)計(jì)支持包： www.analog.com/CN0277-DesignSupport

　　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(shí)，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(xiàng)可通過AD7960的EN［0:3］使能引腳控制，如AD7960數(shù)據(jù)手冊(cè)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。可以通過將AD7960的使能引腳設(shè)為EN［0:3］ = ‘X001’ or ‘X101’實(shí)現(xiàn)。

　　如果需要，ADA4897-1和AD8031單通道運(yùn)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(shí)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(yùn)算放大器ADA4899-1 （15 mA）代替ADA4897-1。