如何為多種單端信號提供簡便但高性能的 ADC驅動?
發布時間:2013-07-23 責任編輯:Cynthiali
【導讀】麵對當今傳感器所產生的多種輸出電壓擺幅,匹配傳感器輸出和 ADC 輸入範圍往往很難。本文為不同變化範圍的差分、單端、單極性和雙極性信號提供簡便但高性能的 ADC 輸入驅動器解決方案,可采用采用多種單端信號驅動低功率、1Msps、±2.5V 差分輸入、16 位 ADC。
本文的所有電路採用了 LTC2383-16 ADC 單獨工作或與 LT6350 ADC 驅動器一起工作來實現 92dB SNR。LTC2383-16 是一款低噪聲、低功率、1Msps、16 位 ADC,具備 ±2.5V 的全差分輸入範圍。LT6350 是一款軌至軌輸入和輸出的、低噪聲、低功率單端至差分轉換器/ADC 驅動器,具備快速穩定時間。運用 LT6350,0V 至 2.5V、0V 至 5V 和 ±10V 的單端輸入範圍可以很容易轉換為 LTC2383-16 的 ±2.5V 全差分輸入範圍。
全差分驅動
圖 1 顯示了用於本文所述所有電路的基本構件。該基本構件用於至 LTC2383-16 模擬輸入的DC 耦合全差分信號。電阻器 R1、R2 和電容器 C1 將輸入帶寬限製到大約 500kHz。電阻器 R3 和 R4 減輕 ADC 輸入采樣尖峰的影響,該尖峰可能幹擾傳感器或 ADC 驅動器輸入。

圖 1:全差分驅動電路
這個電路對於具備低阻抗差分輸出的傳感器很有用。驅動 AIN+ 和 AIN– 的共模電壓必須等於 VREF/2,以滿足 LTC2383-16 的共模輸入範圍要求。
圖 1 中的電路可以是 AC 耦合的,以在必要時,使 ADC 輸入的共模電壓與傳感器相匹配。隻需通過一個 1k 電阻器將AIN+ 和 AIN– 偏置到 VCM (VCM=VREF/2)、通過一個 10µF 電容器將傳感器輸出耦合到AIN+ 和 AIN– 即可,如圖 2 所示。

圖 2:AC 耦合全差分驅動電路
當驅動 LTC2383-16 這類低噪聲、低失真 ADC 時(shi),選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)組(zu)件(jian)對(dui)保(bao)持(chi)高(gao)性(xing)能(neng)是(shi)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)。這(zhe)些(xie)電(dian)路(lu)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)所(suo)有(you)電(dian)阻(zu)器(qi)的(de)值(zhi)都(dou)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)。這(zhe)可(ke)保(bao)持(chi)較(jiao)低(di)的(de)噪(zao)聲(sheng)和(he)較(jiao)短(duan)的(de)穩(wen)定(ding)時(shi)間(jian)。建(jian)議(yi)使(shi)用(yong)金(jin)屬(shu)薄(bo)膜(mo)電(dian)阻(zu)器(qi),以(yi)減(jian)小(xiao)由(you)自(zi)熱(re)引(yin)起(qi)的(de)失(shi)真(zhen)。C1 采用的是 NPO 電容器,因為這類電容器的電壓係數較低,從而可最大限度地減小失真。
單端至差分的轉換
當然,不是所有傳感器的輸出都是差分的。以下是一些用單端信號驅動 LTC2383-16 的方法。
0V 至 2.5V 單端輸入
圖 3 所示電路將 0V 至 2.5V 單端信號轉換為全差分 ±2.5V 信號。這個電路還具備高阻抗輸入,以便能用大多數傳感器輸出直接驅動該電路。如圖2 所示,通過 AC 耦合的VIN,VIN 端的共模電壓可以與 ADC 匹配。第二個放大器的共模電壓在 LT6350 的 +IN2 引腳處設定。圖 4 中的 32k 點 FFT 顯示運用圖 3 所示電路時 LTC2383-16 與 LT6350 合起來的性能。所測得的 92dB SNR 和 -107dB THD 與 LTC2383-16 的典型數據表規格參數緊密匹配。這表明,在信號通路中插入單端至差分轉換器後,即使引起 ADC 規格參數劣化,裂化程度也是極小的。

圖 3:單端至差分轉換器

圖 4:圖 3 電路的 FFT
AMPLITUDE:幅度
下頁內容:0V 至 5V 單端輸入和±10V 單端輸入
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0V 至 5V 單端輸入
如果需要較寬的輸入範圍,那麼可以驅動 LT6350 的負輸入,從而允許由 LT6350 的第一級衰減輸入電壓。圖 5 所示電路將 0V 至 5V 單端信號轉換為 ±2.5V 的差分信號,該差分信號驅動 LTC2383-16 的輸入。這個電路的輸入阻抗等於 R7。增大 R7 的值會提高輸入阻抗,從而使驅動更加容易。這麼做的代價是,如果 R7 增大到高於 4.99k,那麼噪聲和失真會略有提高,如表 1 所示。

圖 5:0V 至 5V 單端驅動器
表 1:0V 至 5V 驅動器的噪聲和失真隨輸入電阻的變化

±10V 單端輸入
有些傳感器提供高於和低於地的輸出電壓。圖 6 所示電路將 ±10V 的地參考單端信號轉換為 ±2.5V 差分信號,該差分信號驅動 LTC2383-16 的輸入。輸入阻抗仍然由 R7 設定。表 2 顯示了圖 6 電路的噪聲和失真隨輸入阻抗的變化。

圖 6:±10V 單端驅動器
表2:采用 ±10V 驅動器時噪聲和失真隨輸入電阻的變化

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