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微功耗運算放大器驅(qū)動8通道18位同步采樣ADC

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:ADI ? 作者:Guy Hoover ? 2023-01-08 16:44 ? 次閱讀
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用于驅(qū)動18位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC)的運算放大器通常消耗與ADC本身一樣多的電源電流,其最大失調(diào)規(guī)格通常遠高于ADC。如果需要多個ADC通道,這些驅(qū)動器的功耗會迅速上升到不可接受的水平。

如果需要 18 位精度(信噪比、THD、V操作系統(tǒng)),但采樣速率不高,并且輸入信號為低頻或直流,因此所提供的簡單緩沖器能夠驅(qū)動 LTC2348-18 8 通道同步采樣 ADC。它還實現(xiàn)了與SNR、THD和失調(diào)性能的典型規(guī)格相當?shù)男阅埽姆浅5汀?/p>

電路說明

LTC?2348-18 是一款低噪聲、8 通道同步采樣 18 位逐次逼近寄存器 (SAR) ADC,具有寬輸入共模范圍。LTC2348-18 在一個 ±10.24V 的輸入范圍內(nèi),實現(xiàn)了 –109dB THD (典型值)、96.7dB SNR (典型值) 和一個 ±550μV (最大值) 的失調(diào),同時在 200ksps 時僅耗散了 140mW (典型值)。當以本應(yīng)用的10ksps速率工作時,通過使用器件的NAP模式,ADC的功耗降至45mW (典型值)。

LT?6020 是一款雙通道微功率、5V/μs 精準軌至軌輸出運放,其輸入失調(diào)電壓小于 30μV (最大值),每個放大器僅吸收 100μA (最大值)。

圖 1 所示電路示出了配置為驅(qū)動 LTC2348-18 模擬輸入的同相緩沖器的 LT6020 運放。每個運算放大器的最大功耗僅為3mW。對于所有八個通道,加起來只有24mW,約為10ksps時ADC功耗的一半。

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圖1.LT6020 緩沖器驅(qū)動 LTC2348-18 8 通道同步采樣 SAR ADC

緩沖器輸出端的 RC 濾波器最大限度地減小了 LT6020 的噪聲貢獻,并降低了由多路復(fù)用器和輸入采樣電容器引起的采樣瞬態(tài)的影響。對于所選的RC時間常數(shù),R值應(yīng)盡可能小,以減少電阻兩端的壓降。如果不允許濾波器輸出完全建立,則會導(dǎo)致增益誤差。R值必須足夠大,以防止運算放大器輸出端出現(xiàn)過多振鈴,從而增加建立時間并增加失真。

LTC2348-18 提供了兩種不同的操作模式。第一種是全差分模式,它要求每個通道的兩個模擬輸入由單獨的放大器驅(qū)動。第二種是偽差分模式,它僅驅(qū)動一個模擬輸入,同時將另一個輸入接地。第二種模式由圖1所示電路使用。使用偽差分驅(qū)動意味著所需的元件更少,功耗更低。使用此模式的缺點是 INL 會略微降級。

電路性能

圖 2 示出了由圖 1 中的緩沖器偽差分驅(qū)動的 LTC2348-18 的 8192 點 FFT。THD 為 –108dB,在 10ksps 時 SNR 為 95.8dBFS,這與 LTC2348-18 的典型規(guī)格相比非常出色。

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圖2.圖1電路的8192點FFT

圖3顯示了SNR和THD與采樣速率的關(guān)系。信噪比在96dBFS附近保持相當平坦,最高可達10ksps。THD在10ksps時開始上升到–108dB以上。

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圖3.圖1電路的SNR和THD與采樣速率的關(guān)系

圖4顯示了SNR和THD與輸入頻率的關(guān)系。SNR 和 THD 均從 LTC2348-18 的典型規(guī)格在 100Hz 以上緩慢降級,直到 1kHz SNR 為 94dBFS 和 THD 為 –85dB。

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圖4.圖1電路的SNR和THD與輸入頻率的關(guān)系

圖 5 顯示了 LT6020 驅(qū)動器和 ADC 與采樣速率的組合失調(diào)誤差。失調(diào)最初小于1LSB,當采樣速率超過10ksps時開始下降。

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圖5.圖1電路的ADC和驅(qū)動器組合失調(diào)與采樣速率的關(guān)系

結(jié)論

LTC2348-18 18 位、200ksps、8 通道同步采樣 SAR ADC 的簡單驅(qū)動器 — 由配置為同相緩沖器的 LT6020 低功率精準雙通道運放組成 — 每個運放僅消耗 3mW (最大值),而在 10ksps 時,LTC2348-18 僅耗散 45mW。在10ksps的采樣速率下,SNR測量值為95.8dB,THD –109dB,偏移測量值小于1LSB。

審核編輯:郭婷

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