ADI SAR ADC产品组合提供模拟输入架构

伪差分真双极性情况与单极性伪差分情况很相似，只不过单端正ADC输入可在低电压上下摆动。通常，峰峰值输入范围是基准电压的两倍或此比例的倍数。提供伪差分真双极性输入的器件有AD7606。

图6. 伪差分真双极性

例如，如果基准电压为5 V，那么伪差分真双极性器件可接受±5 V范围内的输入。图6显示伪差分真双极性输入范围图。

差分输入

伪差分架构优于单端架构之处在于能够抑制转换系统内的特定扰动信号。不过，存在可提供相同抑制优势，同时也增加系统动态范围的架构。

ADI提供两种带有差分输入的器件。本文介绍的第一种是差分反相。本例中，ADC转换ADC正负输入之间的差异，同时正负输入彼此180°反相摆动。通常，差分反相器件为单极性。因此，差分器件的每一侧将在低电压与正满量程（由基准电压输入设置）之间摆动。由于差分器件每一侧180°反相，输入共模固定。与伪差分器件相似，差分反相器件可限制其容许共模输入范围。此范围可在产品数据手册的规格表中找到。如下图7所示。对于ADC输入的绝对输入范围为0伏至正满量程的器件，共模电压为V FS/2。大多数情况下，对于高分辨率（16位及更高）差分反相SAR ADC，共模电压范围为典型共模电压±100 mV。

图7. 差分共模输入范围

差分架构允许用户最大限度地增加ADC的输入范围。与单端或伪差分方案相比，差分信号可将给定电源和基准电压设置的输入范围加倍，提供最多6 dB的动态范围增加，而不增加器件功耗。

需要绝对最佳性能时，通常选择差分反相器件。差分信号将提供最大噪声抑制，趋于消除偶次项失真特性。如图8所示，由于差分器件引脚以相反方向摆动，动态范围和SNR相对于单端和伪差分配置有所改善。

图8. 差分信号带来的动态范围增加

如果需要在信号源为单端的信号链中最大限度地提高系统性能，可使用单端至差分放大器，例如ADA4940-1或ADA4941-1，以适当调理输入信号，匹配其与ADC的共模。图9显示了差分反相输入范围图。采用差分反相输入的器件有AD7982、AD7989-5以及AD7915。

图9. 差分反相

如同伪差分器件，如果系统内存在较大共模，应使用仪表放大器来调理共模主体。差分ADC可处理共模中的精细变化，且聚合信号链具有极佳的CMRR。

共模范围限制是实现最佳性能和避免影响转换器动态范围所必需的。使用差分反相器件时有一些常见错误，可能违反共模范围。图10显示了实施差分反相器件时常发生的用户错误。违反在图7限制下工作的器件的数据手册。

图10. 违反共模

此情形中，差分信号非180°反相。因此，共模在两个ADC输入引脚间剧烈变化。另一个常见的差分反相失误是180°反相、但共模不当的信号，或者将ADC的IN-引脚连接至直流基底电压。在负ADC输入端提供直流电压很快便会违反共模范围规格，同时消除差分信号的动态范围优势。第二种差分信号是测量任意两个信号之间的差分，而不论共模如何。

ADI提供一系列基于SAR ADC技术的集成式数据采集解决方案测量全差分信号。对于寻找具有宽容许输入共模范围的集成式数据采集解决方案的信号链设计人员，ADI提供ADAS3022和ADAS3023。它们分别是双极性连续和同步采样数据采集系统，共模范围宽达±10 V。在此范围内，它们可展示任意两个信号间的差异。

模拟输入类型可影响数字输出编码。具有单极性输入范围的转换器，例如单端单极性和伪差分器件，采用直接二进制编码。代码0将代表负满量程输入电压，代码2^N – 1（N为位数）将代表正满量程输入。具有±极性输入的器件将采用二进制补码，以便将符号位提供给用户。具有±极性的器件包括单端双极性、伪差分双极性、伪双极性和全差分器件。对于这些ADC，负满量程输入将由代码–2^N – 1代表，正满量程输入将由代码2^N – 1 – 1代表。

结论

SAR ADC是创建模数转换信号链的通用、低功耗、高性能选项。这些器件易于实施。不过，为获得系统的所需性能，必须做出特定架构选择。本文具体讨论ADI SAR ADC产品组合提供的模拟输入类型选择。每种输入类型提供特定优势，同时必须做出特定权衡。如上所述，正确的选择对于实现最佳性能至关重要。