作者：Clarence Mayott and Clarence Mayott

LTC?2195 系列超低功率、雙通道 16 位、25Msps 至 125Msps 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 的功耗僅為競爭產(chǎn)品 16 位解決方案的一半，從而延長了便攜式電子產(chǎn)品的電池運行時間。盡管每通道僅消耗 ~1.5mW/Msps，但 LTC2195 并沒有為了節(jié)省功耗而回避性能，從而在基帶 （0MHz–62.5MHz，第一奈奎斯特區(qū)）產(chǎn)生了 76.8dB 的信噪比 （SNR） 和 90dB 的無雜散動態(tài)范圍 （SFDR）。串行LVDS輸出減少了路由ADC數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)線數(shù)量，同時最大限度地減少了數(shù)字反饋。

信號路徑設計

LTC?2195 系列是需要 16 位性能和超低功耗以延長電池壽命的應用的理想解決方案。便攜式醫(yī)療成像設備就是一個很好的例子。在許多成像應用中，來自圖像傳感器的信號在由ADC采樣之前必須經(jīng)過調(diào)理。對于此任務，選擇一款與 ADC 性能相匹配的低噪聲、低功耗放大器非常重要，例如 LTC6406，它非常適合 LTC2195 系列。

LTC?6406 是一款全差分放大器，具有低噪聲 （輸入端為 1.6nV/√Hz） 和高線性度 （+44dBm OIP3 在 20MHz） 內(nèi)，采用小型 3mm × 3mm QFN 封裝。外部電阻設置增益，為用戶提供最大的設計靈活性。低功耗 （采用 3.3V 電源時為 59mW） 將對系統(tǒng)功率預算的影響降至最低。該放大器還具有一個可擴展至 0.5V 的共模電壓范圍，這意味著它可以與具有一個 0.9V 標稱共模電壓的 LTC2195 無縫配對。

通常，圖像傳感器的輸出是單端的。這需要在ADC采樣之前進行單端至差分轉(zhuǎn)換。如果還需要響應直流，則不能使用變壓器。這種情況需要一款能夠執(zhí)行單端至差分轉(zhuǎn)換的低噪聲放大器，如LTC6406。

放大器后面必須有一個濾波器，以降低放大器的寬帶噪聲，并將放大器的輸出與ADC輸入隔離開來——ADC輸入會產(chǎn)生與采樣電容換向相關(guān)的共模毛刺。濾波器有助于衰減這些毛刺，保護放大器。不需要高階濾波器，因為放大器的噪聲相當?shù)汀＾D(zhuǎn)折頻率為12MHz時，此處使用的濾波器就足夠了——它不會降低ADC的性能。

最終濾波器應設計為僅降低放大器的寬帶噪聲，而不是作為具有陡峭過渡帶的選擇性濾波器。濾波器中的陡峭過渡帶會增加插入損耗并降低放大器的OIP3，從而導致圖像傳感器信號失真。圖1所示電路實現(xiàn)了這一目標。

圖1.成像應用。

結(jié)果

圖2顯示了該電路的性能。結(jié)果表明，在低輸入頻率下，放大器的線性度不會降低ADC的SFDR。信噪比也保持不變，為76.5dB。當 LTC6406 在單位增益下使用時，其 SNR 或 SFDR 不會降低其性能。

圖2.圖1中電路的FFT結(jié)果，其中F為FS= 125毫秒 F在= 1兆赫。

修改

對于此設計，可以進行一些權(quán)衡來更改系統(tǒng)的性能。首先，增益可以通過增加反饋電阻或減少源電阻來改變。通常，源電阻由傳感器本身的輸出阻抗設置。然后使用反饋電阻來修改放大器的增益。LTC6406 可用于根據(jù)圖像傳感器的輸出產(chǎn)生衰減或增益。隨著放大器增益的增加，穩(wěn)定放大器所需的補償電容量減小。在此單位增益應用中，1.8pF足以產(chǎn)生良好的結(jié)果。如果放大器用于衰減信號，則需要更大的電容。

圖1中的低階、低通濾波器以12MHz的截止頻率衰減放大器的寬帶噪聲。該截止頻率可以通過減小最終電容器的值來提高。由于放大器不能驅(qū)動低阻抗，并且ADC希望在其模擬輸入端看到低阻抗，因此濾波器的阻抗已經(jīng)過優(yōu)化，以滿足放大器和ADC的要求。如果需要更高階的濾波器，則應將其放置在終驅(qū)動放大器之前，并且應在放大器級中使用更多的增益，以適應濾波器中的插入損耗。最終放大器和ADC之間需要一些濾波。即使是簡單的RC低通濾波器也比將ADC直接驅(qū)動到放大器中要好。

關(guān)于 LTC2195

LTC?2195 是一款 16 位 125Msps、同步采樣、雙通道 ADC，采用單 1.8V 電源工作。該電路可輕松應用于該系列的14位或12位成員，或以低得多的采樣速率采樣的轉(zhuǎn)換器。LTC2195 系列還包括具并聯(lián)輸出的雙通道和單通道 ADC。LTC2185、2 通道 ADC 和 LTC2165 單通道 ADC 具有與 LTC2195 相同的出色 16 位性能和低功耗，但具有并行輸出，可簡化收集數(shù)據(jù)所需的 FPGA 代碼。這些靈活的 ADC 可選擇 CMOS、DDR CMOS 或 DDR LVDS 輸出，具有可編程數(shù)字輸出定時、可編程 LVDS 輸出電流和可選的 LVDS 輸出端接。LTC2185 和 LTC2165 還具有常用的隨機發(fā)生器和交替位極性功能，有助于減少數(shù)字反饋。雙通道 LTC2185 還提供引腳兼容的 14 位和 12 位版本，它們還為高速 ADC 提供了卓越的性能和極低的功耗。完整的系列如表1所示。

結(jié)論

LTC?2195 是適合功耗敏感型、高分辨率傳感器應用的理想 ADC，而 LTC6406 則非常適合用作驅(qū)動器放大器 — 它不會影響 LTC2195 的性能，而且其功率要求也很低。ADC的數(shù)據(jù)手冊性能可以通過使用相對低階的濾波器來降低放大器的寬帶噪聲，從而輕松實現(xiàn)。LTC2195 和 LTC6406 的配對是任何便攜式圖像傳感器應用的理想組合，兼具卓越的性能和低功耗。

審核編輯：郭婷