怎样得到高性能SAR ADC的所有代码
凌力尔特具有 >101dB SNR 的 18 位 SAR ADC 新系列一定令你振奋吧,谁会不振奋呢? 不过你的付出得到所希望的回报了吗? 为了实现异常宽的动态范围,你需要确保在信号最大时,利用该 ADC 的整个满标度范围。换句话说,你需要运用所有代码。怎样才能做到这一点呢?
ADC 信噪比 (SNR) 的定义是,ADC 可以处理的最大信号与该 ADC 噪声层之比。为了实现高达 102dB 的 SNR,LTC2379 系列规定了 10Vpp 的差分输入范围,这意味着两个输入每一个都可以在 0V 至 5V 范围内摆动。
在 ADC 前面会有一个放大器。该放大器的作用是充当一个良好的电压源,以给 ADC 的采样电容充电。ADC 输入是放大器输出,因此,针对从 0V 至 5V 摆动的 ADC 输入,该放大器的输出必须在 0V 至 5V 范围内摆动。
如果有范围很宽的电源轨可用,那么事情就很容易。例如,也许你已经有部分前端靠 ±15V 的电源运行。在这种情况下,任何靠这种轨运行的运算放大器,其输出都可以在 0V 和 5V 之间摆动。你可以使用 LT1468 实现极好的 DC 准确度和快速稳定时间,或者使用 LT1124 实现非常低的漂移和低的 1/f 噪声,还可以使用封装非常小的 LT6011 实现微功率运算放大器。
如果你不喜欢使用 ±15V 这种范围很宽的电源,但仍然想要在 0V 至 5V 的整个范围内摆动,那么你可以仅针对最后一级放大器提供特殊的电源轨,例如 -2V 至 +7V。驱动 LTC2379-18 的 LT6350 的参考设计准确地做到了这一点 (参见图 1)。用 +7V 电源给 5V 基准供电也很方便。
![](../img/eep-analog/analog-22854hzrbwmrx1gu.jpg)
图 1:通过用 +7V 至 -2V 的电源给 LT6350 供电,可以为每个 ADC 输入从 0V 至 5V 摆动提供大量空间。这是 DC1783A 演示电路板上演示的缺省参考设计。
不过,如果你想用单一 5V 电源轨给放大器供电,会发生什么情况呢? 你也许认为,利用轨至轨运算放大器,刚好有足够的空间以摆动在 0V 至 5V,但实际上你是做不到的。轨至轨输出级并非是真正轨至轨的。这种输出级充其量也只能达到与每个轨相差约 10mV 的电压,而且这还是在硬限幅的情况下实现的,有时还会导致较慢的饱和恢复时间。如果需要良好的线性度 (低失真),那么输出电压通常应该与每个轨相距至少数百毫伏。例如,新的低功率差分运放 LTC6362 (参见图 2) 用单一 5V 电源工作。其输出可以摆动至与任一电源轨相差约 100mV 的范围,该器件在与任一轨相差 250mV 以内时,保持 >110dB 的线性度。如果你设计系统时,让感兴趣的最大信号不超过这个范围,那么就运用了至少 90% 的 ADC 代码,这意味着,你实现了与所申明的动态范围相差 1dB 的范围。在很多情况下,这就是最好的解决方案了。实际上,这会让人安心,因为你知道放大器保证不会超过 (或恶化、损害) ADC 的输入范围。这自然而然起到了保护作用。
![](../img/eep-analog/analog-22856xvhdyvnrwtt.jpg)
图 2:即使每个输出摆动至与最接近的轨相差 250mV 以内时,LTC6362 差分运算放大器仍然保持 >110dB 的线性度。这给以缺省模式运行的 LTC2397-18 ADC 提供了 -1dBFS 的摆幅。如果以数字增益压缩 (DGC) 模式配置 ADC,那么为了仍然运用该 ADC 的所有代码,LTC6362 的输出仅需要 8Vpp 的差分摆幅。
LTC2379 系列提供称为数字增益压缩 (DGC) 的创新性功能。接通这个功能时,ADC 将等于基准电压 10% 至 90% 的电压摆幅视为满标度。以这种方式工作时,采用一个 5V 基准,放大器输出仅需要在 0.5V 至 4.5V 范围内摆动,以及仍然可以使用 18 位 ADC 的所有 262,144 个代码。你可以相应扩展前端增益,并以 18 位分辨率获得满标度,同时放大器仅用单一 5V 电源运行。即使用上了所有代码,动态范围仍然会缩小一点,因为模拟电压摆幅从 10Vpp 减小到了 8Vpp,同时热噪声仍然保持不变。就 18 位 ADC 而言,量化噪声非常小,以至于仅热噪声才需要重视,因此在数字增益压缩模式,会损失大约 2dB 的 SNR。就 16 位 ADC 而言,在数字增益压缩模式仅损失 1dB SNR,因为你还会从相应减小的量化噪声中受益。
单端 (或伪差分) LTC2369 系列不支持数字增益压缩,这是故意为之的,因为就单端单极性信号而言,接近零的性能通常是最重要。当信号很小时,你恰恰最重视高性能 ADC 的精细分辨率和低噪声性能。就差分 ADC 而言,当两个输入相等时,就得到了“零”。就单极性单端 ADC 而言,当输入信号接地时,得到“零”。因此,为了实现这种接地连接,你的确需要放大器能摆动至地。如果没有外部负电源可用,那么 LTC6360 可以用来解围。这款低噪声、DC 准确的高速运算放大器内部包括一个内置的充电泵,该充电
- 用简化方法对高可用性系统中的电源进行数字化管理(10-02)
- 具有可调温度限制和可编程滞后电压的低成本散热保护电路(03-05)
- 照明用LED驱动器解决方案(04-21)
- 双相可转换升/降压电源电路(05-08)
- 可对储能器件进行安全且快速充电的通用型电流源(03-13)
- 宽输入电压范围降/升压转换器简化可变输入电源的设计(06-19)