在具有電平轉(zhuǎn)換器/隔離器的高速、高分辨率ADC中實現(xiàn)所需的動態(tài)性能

與500ksps以上的ADC通信非常困難。在SPI通信中添加另一個變量（如電平轉(zhuǎn)換器或隔離器）需要對時序以及修改硬件和固件有更多的了解。本應(yīng)用筆記討論了如何使用電平轉(zhuǎn)換器或隔離器實現(xiàn)所需的動態(tài)性能。

介紹

MAX11905為20位、全差分SAR模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），采樣速率為1.6Msps。使用MAX11905設(shè)計電路板時，一個要求是測試不同范圍的V。奧夫德，1.5V至3.6V。MAX11905評估板采用MAX14935隔離器，工作速率為150Msps，兩端支持1.71V至5.5V I/O轉(zhuǎn)換。在ADC和主板之間集成隔離器并不像連接所有I/O信號那么簡單。在本應(yīng)用筆記中，我們將討論如何實現(xiàn)所需的動態(tài)性能。

設(shè)計和測試（一般情況）

在一般情況下，圖1中的設(shè)計工作在低采樣速率下，這意味著SPI SCLK在1MHz以下很慢。在這種情況下，主器件以75MHz SCLK運(yùn)行，以實現(xiàn)1.6Msps。MAX14935具有37.7ns的典型傳播延遲，用于PLH和 37.9ns 對于 t菲爾.當(dāng)MAX11905準(zhǔn)備返回數(shù)據(jù)時，信號通過隔離器兩次，典型傳播延遲為75.4ns至75.8ns。在處理高速和高分辨率時，每一納秒都開始變得至關(guān)重要。

圖1.ADC與隔離器的數(shù)字通信電路（一般情況）。

在測試圖1電路時，數(shù)據(jù)不能超過±262，143個計數(shù)，并且MAX11905輸入端施加滿量程正弦波時，正負(fù)峰值被削波。圖2為使用MAX11905評估板軟件采集的數(shù)據(jù)。預(yù)期數(shù)據(jù)應(yīng)該接近 ±524，287 計數(shù)。由于隔離器的延遲，數(shù)據(jù)的MSB丟失，只能捕獲19位數(shù)據(jù)，而不是20位。缺失的位極大地影響了動態(tài)性能。MAX11905的額定SNR為98.1dB。圖3顯示信噪比僅為35.9dB。他的問題是如何解決的？

圖2.一般情況的數(shù)據(jù)捕獲。

圖3.ADC與隔離器的數(shù)字通信FFT（一般情況）。

設(shè)計和測試（高速案例）

為了便于比較，圖4稱為高速情況。系統(tǒng)中引入了另一個隔離器MAX14936（相同的器件系列，但不同方向的I/O數(shù)量不同）。注意在MAX11905和MAX14935之間有一個SCLK的副本，然后通過MAX14936路由回主器件。使用SCLK的副本，消除了延遲和D外數(shù)據(jù)使用正確的 SCLK 邊沿計時。我們不僅引入了新的硬件，而且設(shè)計還需要固件調(diào)整以接受返回的SCLK。主設(shè)備需要使用 SCLK 的副本來存儲數(shù)據(jù)。要記住的另一個注意事項是將返回的SCLK和DOUT放在同一個隔離器上。不能保證MAX14935/6傳播延遲在不同器件之間是相同的。

圖4.ADC與隔離器的數(shù)字通信電路（高速外殼）。

圖5顯示了兩個隔離器和一個返回SCLK的性能。動態(tài)性能更接近MAX11905的預(yù)期。

圖5.ADC與隔離器的數(shù)字通信FFT（高速外殼）。

結(jié)論

當(dāng)使用MAX11905等帶有隔離器/電平轉(zhuǎn)換器的器件設(shè)計高速、高分辨率ADC時，始終將帶有DOUT的SCLK副本返回給主器件。將此設(shè)計應(yīng)用于所有高速、高分辨率ADC，實現(xiàn)所需的動態(tài)性能。這樣做可以節(jié)省創(chuàng)建新硬件和固件的時間和金錢。

審核編輯：郭婷