LTC?2387-18 是一款高速 SAR （逐次逼近寄存器） ADC，適合于高線性度、低噪聲應(yīng)用。該ADC能夠以高達15Msps的速度進行采樣，從而能夠以幾MHz的頻率轉(zhuǎn)換信號。它非常適合在此頻率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換脈沖和連續(xù)信號。本文將解決對設(shè)計用于向ADC提供連續(xù)正弦信號的驅(qū)動器的需求。噪聲性能使得1MHz音調(diào)將產(chǎn)生超過96dBFS的SNR。該音的總諧波失真通常會超過-100dB。要將ADC驅(qū)動至滿量程，需要8.192V pk-pk的差分輸入信號。

許多傳感器和信號源無法提供如此大的電壓擺幅，或者無法驅(qū)動ADC相對較低的輸入阻抗。緩沖電路最適合解決這些問題，但它們必須非常線性，并且對信號貢獻很小的噪聲。通常，緩沖電路必須向源提供阻抗，使其不會過度負載，并提供電壓增益。運算放大器，無論是單端還是差分，如果整個電路要接近ADC滿足的規(guī)格，就必須具有非常高的性能。

緩沖電路概述

如果差分輸入信號可用，緩沖電路將執(zhí)行三個功能。首先，使用少量輸入低通濾波來限制到達放大器的噪聲頻譜。然后對信號進行緩沖，通常每側(cè)一個運算放大器。在某些情況下，緩沖器包括一些電壓增益。這降低了信號源的驅(qū)動要求，但會降低SNR，因為該增益會放大來自信號源的噪聲。最后，信號在傳遞到ADC之前再次進行低通濾波。此功能由RC濾波器提供，該濾波器進一步限制到達ADC輸入的寬帶噪聲。濾波器還在濾波電容之前提供一些串聯(lián)電阻，這為放大器提供了較低的無功負載阻抗。電容用作來自ADC輸入電路的采樣瞬變的電荷儲存器。這減小了放大器輸出端采樣電荷脈沖的大小。但是，如果電容太大，整個網(wǎng)絡(luò)在采樣時刻之間將無法完全穩(wěn)定。在某些情況下，差分輸入信號不可用。然后，緩沖電路必須執(zhí)行從單端信號派生差分信號的附加功能。

基本緩沖電路

用于驅(qū)動 LTC2387-18 的基本緩沖電路如下圖 1 所示。

圖 1 – 簡化的緩沖器 + ADC 電路

放大器工作在+7.5V/-2.5V電源軌。輸入電路提供接近31MHz的低通極點，假設(shè)源阻抗為25Ω。源阻抗值越大，該極點頻率越低。在單位增益配置中，串聯(lián)電阻還滿足ADA4899-1輸入端所需的25Ω。每個放大器輸出端是一個25Ω串聯(lián)電阻。由這些電阻組成的低通部分與82pF電容一起產(chǎn)生一個接近77MHz的極點。這些電容盡可能大，而不會降低網(wǎng)絡(luò)的建立時間。該電路非常簡單，對客戶信號源具有高負載阻抗。但是，它不提供電壓增益。它還僅支持直流耦合信號;輸入信號的直流電平必須接近2.048V。該電路在300KHz至2.2MHz范圍內(nèi)的性能數(shù)據(jù)如下圖2所示。

圖 2 – THD 和 SNR，緩沖器 + ADC

單端輸入信號緩沖電路

如果沒有差分輸入信號，可以修改緩沖電路以接受單端信號。圖3所示的原理圖就是一個例子。

圖3 –單端緩沖器+ADC電路

該電路使用施加在Vcm處的精密基準(zhǔn)電壓源來建立兩個輸出的共模電壓。這允許使用交流耦合輸入，但會產(chǎn)生噪聲進入的途徑。在單位增益配置中，如圖3所示，基準(zhǔn)電壓端口的任何噪聲或雜散信號在輸出端顯示為微分干擾，以一對一增益為基礎(chǔ)。為此端口選擇的基準(zhǔn)電壓源必須盡可能安靜，并在施加到運算放大器的同相端子之前進行嚴(yán)格濾波。反相放大器周圍的串聯(lián)和反饋電阻也會給輸出帶來寬帶噪聲。最小化這些電阻的幅度對于減少這種貢獻至關(guān)重要。即使經(jīng)過精心設(shè)計，基準(zhǔn)電壓源和電阻的影響也相當(dāng)大，這種配置的SNR比真正的差分緩沖電路的SNR低幾dB。單端緩沖電路的性能數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖 4 – THD 和 SNR，單端緩沖器 + ADC

帶吸收式濾波電路的緩沖器

簡單緩沖電路輸出端使用的濾波器僅由串聯(lián)電阻器和并聯(lián)電容器組成。這種濾波器的選擇性很差，在轉(zhuǎn)折頻率附近呈現(xiàn)給放大器的阻抗很低。濾波器部分的輸入阻抗非常高，并且隨著通帶內(nèi)的頻率而迅速變化。這種類型的濾波器通過反射而不是吸收來抑制帶外信號。具有更多極點和吸收元件的濾波器可以提供性能更好的負載阻抗以及更多的帶外抑制。此類濾波器的示例如圖 5 所示。

圖5 –吸收式輸出濾波器

該濾波器在大部分通帶內(nèi)提供300Ω的負載阻抗，在1MHz時降至150Ω。3dB轉(zhuǎn)折接近9MHz，提供比簡單RC濾波器窄得多的通帶。吸收式驅(qū)動器板使用圖5所示濾波器的差分版本，以提供更好的SNR。簡化的原理圖如圖6所示。

圖 6 – 吸收緩沖器 + ADC 電路，單位增益

該電路可輕松配置為提供電壓增益;圖7所示為電壓增益為4的示例。

圖 7 – 吸收緩沖器 + ADC 電路，電壓增益為 4

兩種電路的性能數(shù)據(jù)如下圖8所示。

圖 8 – THD 和 SNR，吸收緩沖器 + ADC

反饋放大器+吸收式濾波器

目前介紹的電路非常簡單，使用運算放大器，然后是低通濾波器。還評估了一種更復(fù)雜的方法，該方法采用本地和全局反饋來提高放大器的線性度。主放大器是 LTC6404，它是一款低噪聲、低失真差分放大器。該放大器之后是兩個AD8002電流反饋型運算放大器。這些運算放大器有兩個用途。首先，它們提供 4 的電壓增益，從而將 LTC6404 的 2V 峰峰值輸出電壓擺幅轉(zhuǎn)換為驅(qū)動 ADC 至滿標(biāo)度所需的 8V 峰峰值擺幅。此外，這些運算放大器是電流反饋器件，這意味著它們提供更高的壓擺率和更低的輸出阻抗。這兩個屬性都非常適合通過前面描述的吸收式低通濾波器驅(qū)動ADC輸入。該電路部分源自 Derek Redmayne 的凌力爾特博客“如何驅(qū)動 LTC2387 （第 1 部分）：需要低互調(diào)失真的 5MHz 信號應(yīng)用”中描述的 ADC 驅(qū)動器電路。簡化的原理圖如圖9所示。

圖 9 – 反饋放大器 + 吸收緩沖器 + ADC 電路

該電路的性能數(shù)據(jù)如下圖10所示。

圖 10 – THD 和 SNR，反饋放大器 + 吸收緩沖器 + ADC

本文介紹的電路和數(shù)據(jù)表明，在某些情況下，可以以改進的SNR換取電路復(fù)雜性或失真等。請注意，本文提供的數(shù)據(jù)是使用單個DC2290A演示板獲取的，該演示板由緩沖電路的單獨演示板驅(qū)動。

審核編輯：郭婷