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如何采用多种单端讯号驱动低功率ADC
 

【作者: Guy Hoover】2013年06月24日 星期一

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匹配感测器输出和 ADC 输入范围可能很难,尤其是要面对今日感测器所产生的多种输出电压摆幅时。本文为不同变化范围的差动、单端、单极性和双极性讯号提供简易但高性能的ADC 输入驱动器解决方案,本文的所有电路采用了LTC2383-16 ADC 单独工作或与LT6350 ADC 驱动器一起工作来实现92dB SNR。


LTC2383-16 是一款低杂讯、低功率、1Msps、16 位 ADC,具备 ±2.5V 的全差动输入范围。 LT6350 是一款轨对轨输入和输出的、低杂讯、低功率单端至差动转换器/ADC 驱动器,具备快速稳定时间。运用 LT6350,0V 至 2.5V、0V 至 5V 和 ±10V 的单端输入范围可以很容易转换为 LTC2383-16 的 ±2.5V 全差动输入范围。


全差动驱动

图 1 显示了用于本文所述所有电路的基本架构。该基本架构用于至 LTC2383-16 类比输入的DC 耦合全差动讯号。电阻 R1、R2 和电容 C1 将输入频宽限制到大约 500kHz。电阻 R3 和 R4 减轻 ADC 输入采样尖峰的影响,该尖峰可能干扰感测器或 ADC 驱动器输入。



图一 : 全差动驱动电路
图一 : 全差动驱动电路

这个电路对于具备低阻抗差动输出的感测器很有用。驱动 AIN+ 和 AIN– 的共模电压必须等于 VREF/2,以满足 LTC2383-16 的共模输入范围要求。


图 1 中的电路可以是 AC 耦合的,以在必要时,使 ADC 输入的共模电压与感测器相匹配。只需通过一个 1k 电阻器将AIN+ 和 AIN– 偏置到 VCM​​ (VCM=VREF/2)、通过一个 10μF 电容器将感测器输出耦合到AIN+ 和 AIN– 即可,如图 2 所示。



图二 : AC 耦合全差动驱动电路
图二 : AC 耦合全差动驱动电路

当驱动 LTC2383-16 这类低杂讯、低失真 ADC 时,选择合适的元件对保持高性能是相当重要的。这些电路中使用的所有电阻值都相对较低。这可保持较低的杂讯和较短的稳定时间。建议使用金属薄膜电阻器,以减小由自热引起的失真。 C1 采用的是 NPO 电容,因为这类电容的电压系数较低,而可将失真降至最小。


单端至差动的转换

当然,不是所有感测器的输出都是差动的。以下是一些用单端讯号驱动 LTC2383-16 的方法。


0V 至 2.5V 单端输入

图 3 所示电路将 0V 至 2.5V 单端讯号转换为全差动 ±2.5V 讯号。这个电路还具备高阻抗输入,以便能用大多数感测器输出直接驱动该电路。如图2 所示,透过 AC 耦合的VIN,VIN 端的共模电压可以与 ADC 匹配。第二个放大器的共模电压在 LT6350 的 +IN2 引脚处设定。图 4 中的 32k 点 FFT 显示运用图 3 所示电路时 LTC2383-16 与 LT6350 合起来的性能。所测得的 92dB SNR 和 -107dB THD 与 LTC2383-16 的典型资料表规格参数紧密匹配。这表明,在讯号通路中插入单端至差动转换器后,即使引起 ADC 规格参数劣化,裂化程度也是极小的。



图三 : 单端至差动转换器
图三 : 单端至差动转换器
图四 : 图 3 电路的 FFT
图四 : 图 3 电路的 FFT

0V 到 5V 单端输入

如果需要较宽的输入范围,那么可以驱动 LT6350 的负输入,从而允许由 LT6350 的第一级衰减输入电压。图 5 所示电路将 0V 至 5V 单端讯号转换为 ±2.5V 的差动讯号,该差动讯号驱动 LTC2383-16 的输入。这个电路的输入阻抗等于 R7。增大 R7 的值会提高输入阻抗,从而使驱动更加容易。这么做的代价是,如果 R7 增加到高于 4.99k,那么杂讯和失真将会略为有提高,如表 1 所示。



图五 : 0V 至 5V 单端驱动器
图五 : 0V 至 5V 单端驱动器

±10V 单端输入

有些感测器提供高于和低于地的输出电压。图 6 所示电路将 ±10V 的地参考单端讯号转换为 ±2.5V 差动讯号,该差动讯号驱动 LTC2383-16 的输入。输入阻抗仍然由 R7 设定。表 2 显示了图 6 电路的杂讯和失真随输入阻抗的变化。



图六 : ±10V 单端驱动器
图六 : ±10V 单端驱动器

结论

LTC2383-16 是一款低功率、低杂讯、16 位 ADC,可非常容易地与种类繁多的感测器输出连接,包括范围很宽的单极性、双极性、差动和单端讯号。


(本文由Linear凌力尔特提供;作者Guy Hoover为凌力尔特混合讯号产品部应用工程师)


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