閃光的未必都是金子！仔細(xì)閱讀相關(guān)數(shù)據(jù)手冊數(shù)據(jù)，正確選擇部件

應(yīng)用工程師經(jīng)常會重復(fù)回答不同客戶提出的相同問題,尤其是客戶針對應(yīng)用進(jìn)行器件選型相關(guān)咨詢時。我們注意到客戶進(jìn)行器件選型時有一個誤區(qū),他們往往過于依賴數(shù)據(jù)手冊中的所謂“數(shù)據(jù)表”。我是說令人心動的規(guī)格?！巴?那個ADC的信噪比好高!”這就是客戶面對高信噪比ADC時的反應(yīng),他只注意到這個比較突出的特性,卻忘記考慮其他重要的數(shù)據(jù)規(guī)格。接下來我們還會談到其他常見的問題,以及如何為您的應(yīng)用選擇合適的器件。

我最近遇到一個客戶案例,他需要一個適合地震和振動相關(guān)應(yīng)用的ADC。他知道自己需要一個具有高信噪比(SNR)和良好總諧波失真(THD)的ADC,并且認(rèn)為信噪比高于110 dB就可以。由于振動傳感器會輸出不斷變化的交流電壓信號并疊加于直流電壓信號上,因此我們需要一個高性能、高分辨率ADC,它必須具有高信噪比才能正確獲取數(shù)字信號,而不會受到振動相關(guān)應(yīng)用中噪音的太大影響?？蛻粼谶x擇器件時,通常是在第三方網(wǎng)站根據(jù)需求進(jìn)行參數(shù)搜索來篩選出一些器件,然后只查看每個產(chǎn)品的主頁及其產(chǎn)品說明,隨之就會被數(shù)據(jù)手冊中描述產(chǎn)品亮點的第一頁所吸引。通常,數(shù)據(jù)手冊的內(nèi)容要復(fù)雜得多,除了首頁亮點之外,還需要進(jìn)行深入的研究。這位客戶也看了ADI的一款精密ADC AD7768 的首頁,發(fā)現(xiàn)它的信噪比只有108 dB(動態(tài)范圍和信噪比都反映了有效值噪聲,由于它們成正比,幾乎可以同等對待)。

圖1.ADI的一款精密ADC(AD7768/AD7768-4)數(shù)據(jù)手冊的首頁。

這位客戶的反應(yīng)是,“哦!這款A(yù)DC絕對不適合我的應(yīng)用。它的信噪比只有108 dB!”繼續(xù)往下滾動,他發(fā)現(xiàn)另一個表格,如圖2所示,其中顯示了兩個不同濾波器的信噪比。

圖2.AD7768/AD778-4的技術(shù)規(guī)格表

他總結(jié)道:“好吧...我可以使用sinc5濾波器來得到111 dB信噪比。但我最近從另一家公司看到了另一款產(chǎn)品,它的信噪比高于115 dB,我應(yīng)該選擇后者?！?/p>

等一下!這樣比較是錯誤的。在確定ADC運行速度的輸出數(shù)據(jù)速率(ODR)和確定分辨率以及輸出噪聲的信噪比之間存在取舍關(guān)系。1 ODR越高,信噪比越小,反之亦然。因此,每個ODR對應(yīng)于一個信噪比值。首先一定要確定所需的輸出速率,然后根據(jù)相應(yīng)的信噪比值比較ADC。這位客戶將一個在256 kSPS下信噪比為108 dB的器件和ODR僅為1 kSPS時信噪比超過115 dB的另一個器件進(jìn)行比較。因此,雖然基于首頁數(shù)據(jù),看起來一種產(chǎn)品比另一種產(chǎn)品的信噪比要低,后者更適合特定應(yīng)用。但是,這樣比較數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確。

從圖3中可以看到,隨著ODR增加,有效值噪聲也增加,并影響數(shù)字信號值,從而降低其信噪比。圖4顯示AD7768數(shù)據(jù)手冊中的一個屏幕截圖,可以看到,寬帶和sinc5濾波器配置在1 kSPS ODR下的信噪比分別是123.88 dB和126.89 dB,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在該ODR下競爭器件的信噪比。

圖3.輸出數(shù)據(jù)速率與有效值噪聲

圖4.AD7768/AD7768-4的噪聲性能和ODR。

選擇器件之前必須謹(jǐn)記以下幾點：

★   務(wù)必選擇適用于工作條件的相關(guān)規(guī)格。在確定哪款器件適合之前,一定要比較VREF、VDD、功耗、工作模式、工作溫度范圍和一些其他規(guī)格。信噪比值本身取決于以上所有參數(shù),必須根據(jù)應(yīng)用要求來確定這些參數(shù),不能僅憑數(shù)據(jù)手冊的第一頁來選擇信噪比值。圖5顯示在不同的VREF電壓和不同溫度下,AD7768的有效值噪聲以及信噪比值有何不同(有效值噪聲與信噪比成反比)。其他參數(shù)也有類似的不同。

圖5.(a) 有效值噪聲與溫度,(b) 不同VREF值的每通道有效值噪聲。

★   數(shù)據(jù)手冊中不會提供所有VREF、ODR等的相關(guān)值,這意味著,我們必須從給出的信息中推斷出數(shù)據(jù)來獲得所需值。

★   選擇器件時務(wù)必謹(jǐn)慎。典型值與最小值和最大值不同。雖然大多數(shù)情況下可以預(yù)期達(dá)到典型值,但如果應(yīng)用對給定參數(shù)的最小值和最大值敏感,就必須考慮值的整個范圍。

再舉一個常見但可避免誤解的例子。圖6 (a)和圖6 (b)分別顯示 LTC6268 和 ADA4530-1 數(shù)據(jù)手冊的第一頁。

圖6.(A) LTC6268數(shù)據(jù)手冊的第一頁,(b) ADA4530-1數(shù)據(jù)手冊的第一頁。

當(dāng)客戶在添加高阻抗源后需要使用放大器作為下一級時,他們大多會考慮輸入偏置電流非常低的放大器。理想情況下,沒有電流進(jìn)入運算放大器的輸入端。但實際操作中,始終會有兩個電流IB+和IB-流入運算放大器的輸入端。這些稱為輸入偏置電流。對于高阻抗源,應(yīng)選擇輸入偏置電流較小的放大器以避免其輸入級產(chǎn)生壓降。LTC6268和ADA4530-1以“超低偏置電流FET輸入運算放大器”和“飛安輸入偏置電流放大器”的產(chǎn)品名在市場上銷售。粗略地瀏覽一下它們數(shù)據(jù)手冊的第一頁,如圖6所示,可以看到,在室溫下,LTC6268有3 fA,而ADA4530-1有20 fA,這可能會使客戶認(rèn)為前者更適合低輸入偏置電流需求。由于數(shù)據(jù)手冊各不相同,LTC6260的第一頁列出了典型偏置電流,而ADA4530-1數(shù)據(jù)手冊的第一頁并未列出典型偏置電流,而是列出了最大偏置電流。再次強(qiáng)調(diào),典型值與最小值和最大值不同!如果應(yīng)用對這些值很敏感,則我們應(yīng)考慮最壞情況下的最小值和最大值,而不是典型值。

圖7.(a) LTC6268的技術(shù)規(guī)格,(b) ADA4530-1的技術(shù)規(guī)格。

圖7顯示LTC6268和ADA4530-1的技術(shù)規(guī)格。可以看到,盡管兩款器件的最大輸入偏置電流額定值相同(±20 fA),但ADA4530-1的典型值小于1 fA,比LTC6268的3 fA偏置電流好得多。但這個數(shù)字并沒有在ADA4530-1數(shù)據(jù)手冊的第一頁突出顯示。因此,需要仔細(xì)閱讀數(shù)據(jù)手冊。盡管ADA4530-1的典型輸入偏置電流特性更好,但這些器件的其他特性可能有所不同,僅憑這個特性并不足以確定哪款器件更優(yōu)。

總之,我想強(qiáng)調(diào)這樣一個事實,一定要先確定應(yīng)用的工作條件,然后尋找適合其用途的規(guī)格。有時,數(shù)據(jù)手冊的首頁或標(biāo)題可能突出顯示某些其他規(guī)格和工作條件的特性,在這種情況下,我們必須仔細(xì)閱讀數(shù)據(jù)手冊,謹(jǐn)慎地選擇適合我們需求的規(guī)格。在選擇器件之前,我們還應(yīng)確定我們產(chǎn)品的功率預(yù)算,因為肯定能找到具有出色特性和規(guī)格的器件,但可能相應(yīng)的成本較高,功耗也高。

參考文獻(xiàn)

1 “ 第20章:模數(shù)轉(zhuǎn)換 。 ”ADI公司,2013年9月。

作者簡介

Tejaswini Anand是ADI公司中央應(yīng)用中心(CAC)團(tuán)隊的一名產(chǎn)品應(yīng)用工程師。她對系統(tǒng)設(shè)計很感興趣,并研究ADI的各種產(chǎn)品組合及其應(yīng)用和特性。Tejaswini于2019年畢業(yè)于印度班加羅爾拉什特里亞.維德亞拉揚工程學(xué)院(R.V. College of Engineering),成為一名電子通信工程師。她曾參加各種國家級機(jī)器人比賽和黑客馬拉松,并在一些比賽中獲獎。