集成低功耗输入驱动器和基准电压源的16位6 MSPS SAR ADC系统-EDA365

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集成低功耗输入驱动器和基准电压源的16位6 MSPS SAR ADC系统

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电路功能与优势

图1中的电路采用16位、6 MSPS逐次逼近型（SAR）模数转换器（ADC）和差分至差分驱动器组合，针对低功耗下的低噪声（信噪比［SNR］ = 88.6 dB）和低失真（总谐波失真［THD］=−110 dBc）进行了优化。该电路非常适合于高性能多路复用数据采集系统，例如便携式数字X射线系统和安保扫描仪，因为SAR架构在进行采样时不会发生采用流水线式ADC通常会出现的延迟或流水线延迟。6 MSPS的采样速率可以实现多个通道的快速采样，该ADC具有真正的16位直流线性度性能和串行低压差分信号（LVDS）接口，以实现低引脚数和低数字噪声。

图1. 驱动ADA4897-1（未显示全部连接和去耦）

驱动器使用两个低噪声（1 nV/√Hz） ADA4897-1 运算放大器，可在低功率水平下（每放大器3 mA）保持 AD7625 ADC的动态性能。 ADA4897-1 具有45ns的0.1%快速建立时间，非常适合多路复用应用。

这种组合可在很小的电路板空间中，以低功耗提供业界领先的动态性能， AD7625 采用5 mm × 5 mm、32引脚LFCSP封装； ADA4897-1 采用8引脚SOIC封装； AD8031 采用5引脚SOT-23封装。

电路描述

ADA4897-1具有低失真（1 MHz频率下的无杂散动态范围［SFDR］为−93 dB）、0.1%快速建立时间（36 ns）和高带宽（230 MHz，−3 dB，G = 1）。两个 ADA4897-1驱动器的增益均配置为1。单极点2.95 MHz低通RC滤波器使用20Ω电阻和2.7 nF电容，放置在每个驱动器和ADC之间。该滤波器在 AD7625 的输入端限制运算放大器的输出噪声，并且提供一些带外谐波衰减。

通过使用配置为单位增益缓冲器的 AD8031 来缓冲 AD7625的VCM输出电压（标称值为2.048 V），设置ADA4897-1 输出端的共模电压。共模偏置电压通过590Ω串联电阻施加于输入端。 AD8031非常适合驱动共模电压，因为它具有低输出阻抗，还可在出现瞬态电流时进行快速建立。

AD7625采用LVDS接口，可实现业界具有突破性的动态性能，信噪比为92 dB（6 MSPS），具有16位（1 LSB）积分非线性（INL）性能。 ADR434 基准电压源（4.096 V）为低噪声、高精度的XFET基准电压源，具有较低的温度漂移。其源电流输出最高达30 mA，最大吸电流能力为20 mA。

ADR434提供8引脚MSOP或8引脚窄体SOICC封装。 AD8031 运算放大器可将 ADR434 输出端与 AD7625的基准电压输入隔离开来，为REF输入端的瞬态电流提供低阻抗和快速建立。

双驱动器仅需要54 mW，与135 mW的ADC功率、12 mW的基准电压源和缓冲相加，整个电路仅产生201 mW的总功耗。

电路使用+7 V和−2 V电源，用于 ADA4897-1 驱动器的输入，以最大程度降低功耗，实现最佳系统失真性能。 ADA4897-1 输出级是轨到轨的，采用5 V单电源供电时，在150 mV和4.85 V之间摆动。但是，范围两端的额外2 V裕量可以提供低失真。

图2显示输入级使用+7 V和−2 V电源的电路交流性能。SNR= 88.6 dB，THD = −110.7 dB，20 kHz输入信号比满量程低0.6 dB（93%满量程）。

图2. 双电源（+7 V，−2 V）供电的AD7625和ADA4897-1，SNR = 88.6 dB，THD = −110.7 dB，基波幅值 = 满量程的−0.6 dB

图3. 单电源（5 V）供电的AD7625和ADA4897-1，SNR = 86.7 dB，THD = -101.1 dB，基波幅值 = 满量程的−1.55 dB

图3显示输入级使用5 V单电源的电路交流性能。SNR = 86.7dB，THD = -101.1 dB，20 kHz输入信号比满量程低1.55 dB（84%满量程）。

电源电压从−2 V，+7 V降低至0 V，+ 5V，数据显示SNR大约降低1.9 dB，THD大约降低9.6 dB。

单电源配置适用于系统没有双电源但仍需达到高性能的用户。

常见变化

AD7625 集成内部基准电压源，如果系统要求，还支持两个外部基准电压源。通过在REFIN引脚上施加 ADR3412 基准电压（1.2 V）输出，可以产生基准电压，它通过片上基准电压缓冲器放大为4.096 V的正确ADC基准电压值。 ADR3412 可使用与 AD7625相同的5 V模拟轨供电，并且采用片上基准电压缓冲器。

另外，4.096 V外部基准电压源（例如 ADR434 或 ADR444）可以连接到使用缓冲放大器（例如 AD8031 ）的ADC无缓冲REF输入，如图1所示。此方法常用于多通道应用，其中的系统基准电压源由多个ADC共享。

ADR434和 ADR444 配置还非常适合单通道应用，这些应用需要较低的基准电压源温度系数（对于 ADR434B 和 ADR444B，最大值为3 ppm/°C）。用于为 ADA4897-1 运算放大器供电的7 V供电轨还可为 ADR434 或 ADR444的VIN电源引脚供电。

另一个具有吸引力的4.096 V基准电压源为。 ADR4540低压差（》300 mV）高精度基准电压源，允许采用5 V电源供电。

如果需要， ADA4897-1 和 AD8031 单通道运算放大器可用它们的双通道版本（分别为 ADA4897-2 和 AD8032）来替代。

对于3 MHz的高输入频率，我们推荐使用 ADA4899-1（15mA/amp）作为驱动放大器。

ADA4938-1 （37 mA/amp）非常适用于高达10 MHz的信号，也可用作单端到差分转换器。

该电路或任何高速电路的性能都高度依赖于适当的印刷电路板（PCB）布局，包括但不限于电源旁路、受控阻抗线路（如需要）、元件布局、信号布线以及电源层和接地层。

电路评估与测试

我们开发了 EVAL-AD7625EDZ 评估板来评估和测试 AD7625 ADC。为了测试图1所示的电路，我们用两个 ADA4897-1运算放大器代替两个 ADA4899-1 运算放大器（U13、U14）。

有关详细的原理图和用户指南，请参考 EVAL-AD7625EDZ文档。该文档描述了如何进行本电路笔记所述的交流测试

请注意，输入放大器的+7 V和−2 V电源从外部双电源连接到 EVAL-AD7625EDZ板。

测试设置的功能框图如图4所示，而评估板的照片如图5所示。