集成低功耗輸入驅動器和基準電壓源的16位6 MSPS SAR ADC系統(tǒng)（一）

電路功能與優(yōu)勢

圖1中的電路采用16位、6 MSPS逐次逼近型（SAR）模數(shù)轉換器（ADC）和差分至差分驅動器組合，針對低功耗下的低噪聲（信噪比［SNR］ = 88.6 dB）和低失真（總諧波失真［THD］=?110 dBc）進行了優(yōu)化。該電路非常適合于高性能多路復用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，例如便攜式數(shù)字X射線系統(tǒng)和安保掃描儀，因為SAR架構在進行采樣時不會發(fā)生采用流水線式ADC通常會出現(xiàn)的延遲或流水線延遲。6 MSPS的采樣速率可以實現(xiàn)多個通道的快速采樣，該ADC具有真正的16位直流線性度性能和串行低壓差分信號（LVDS）接口，以實現(xiàn)低引腳數(shù)和低數(shù)字噪聲。

圖1. 驅動ADA4897-1（未顯示全部連接和去耦）

驅動器使用兩個低噪聲 （1 nV/√Hz） ADA4897-1 運算放大器，可在低功率水平下（每放大器3 mA）保持 AD7625 ADC的動態(tài)性能。 ADA4897-1 具有45ns的0.1%快速建立時間，非常適合多路復用應用。

這種組合可在很小的電路板空間中，以低功耗提供業(yè)界領先的動態(tài)性能， AD7625 采用5 mm × 5 mm、32引腳LFCSP封裝； ADA4897-1 采用8引腳SOIC封裝； AD8031 采用5引腳SOT-23封裝。

電路描述

ADA4897-1具有低失真（1 MHz頻率下的無雜散動態(tài)范圍［SFDR］ 為?93 dB）、0.1%快速建立時間（36 ns）和高帶寬（230 MHz，?3 dB，G = 1）。兩個 ADA4897-1驅動器的增益均配置為1。單極點2.95 MHz低通RC濾波器使用20Ω電阻和2.7 nF電容，放置在每個驅動器和ADC之間。該濾波器在 AD7625 的輸入端限制運算放大器的輸出噪聲，并且提供一些帶外諧波衰減。

通過使用配置為單位增益緩沖器的 AD8031 來緩沖 AD7625的VCM輸出電壓（標稱值為2.048 V），設置ADA4897-1 輸出端的共模電壓。共模偏置電壓通過590Ω串聯(lián)電阻施加于輸入端。 AD8031非常適合驅動共模電壓，因為它具有低輸出阻抗，還可在出現(xiàn)瞬態(tài)電流時進行快速建立。

AD7625采用LVDS接口，可實現(xiàn)業(yè)界具有突破性的動態(tài)性能，信噪比為92 dB（6 MSPS），具有16位（1 LSB）積分非線性（INL）性能。 ADR434 基準電壓源（4.096 V）為低噪聲、高精度的XFET基準電壓源，具有較低的溫度漂移。其源電流輸出最高達30 mA，最大吸電流能力為20 mA。

ADR434提供8引腳MSOP或8引腳窄體SOICC封裝。 AD8031 運算放大器可將 ADR434 輸出端與 AD7625的基準電壓輸入隔離開來，為REF輸入端的瞬態(tài)電流提供低阻抗和快速建立。

雙驅動器僅需要54 mW，與135 mW的ADC功率、12 mW的基準電壓源和緩沖相加，整個電路僅產生201 mW的總功耗。

電路使用+7 V和?2 V電源，用于 ADA4897-1 驅動器的輸入，以最大程度降低功耗， 實現(xiàn)最佳系統(tǒng)失真性能。 ADA4897-1 輸出級是軌到軌的，采用5 V單電源供電時，在150 mV和4.85 V之間擺動。但是，范圍兩端的額外2 V裕量可以提供低失真。

圖2顯示輸入級使用+7 V和?2 V電源的電路交流性能。SNR= 88.6 dB，THD = ?110.7 dB，20 kHz輸入信號比滿量程低0.6 dB（93%滿量程）。

圖2. 雙電源（+7 V，?2 V）供電的AD7625和ADA4897-1，SNR = 88.6 dB，THD = ?110.7 dB，基波幅值 = 滿量程的?0.6 dB