高速ADC THS1041的钳位功能

　　引言

TI 推出的THS1041是一款10位、40-MSPS、CMOS高速模数转换器(ADC)。该转换器具有诸多优异的特性，其中包括：单节3-V电源、低功耗、灵活的输入结构、内置可编程增益放大器(PGA)以及内置钳位功能。由于上述这些特性（特别是内置的钳位功能），多年来THS1041已在各种应用中得到广泛使用。钳位功能可以使该器件能够生成并输出一个针对灵活ADC应用的缓冲DC电压，例如，为ADC提供一个共模电压或允许ADC模拟输入端AC耦合视频信号上的DC恢复，这一功能可被启用或禁用。如图1所示，THS1041的钳位功能由一个片上数模转换器(DAC)、逻辑控制、一个钳位输入端、一个缓冲器以及一个钳位输出端组成。根据其Clamp引脚是否从外部源接收到了一个DC或脉冲信号，该钳位输出可以是一个连续的或非连续的DC信号。当该非连续的DC信号被施加到ADC单端(SE)输入电路以提供共模电压时，ADC模拟输入端的DC稳定性就成为我们所担心的问题了。当钳位功能和SE输入结构被同时使用时，有些用户就开始怀疑DC稳定性问题了。本文展示了一些测试数据，这些数据解释说明了在这种应用条件下DC电压如何运转以及当钳位功能开启时如何获得高佳的ADC性能。

　　钳位功能

如图1所示，THS1041的钳位功能是通过设置4个引脚（Clampin引脚、Clampout引脚、Clamp引脚和Mode引脚）以及该器件的内部寄存器实施的。凭借片上DAC，就可以将来自THS1041内部寄存器的由数据总线b0～b9书写的数字数据转换成一个模拟DC电压，然后该电压将被缓冲并通过内部开关输出到Clampout引脚。缓冲器和DAC之间的内部开关可以根据寄存器的设置方式进行开启或关闭。该DAC可提供电压范围介于参考电压 REFT和REFB之间的不同的DC电压，以满足不同的应用要求。设置Mode引脚不同的电压电平将允许内部缓冲器输入端与一个内部固定的DC电压相连，或与一个外部DC电压输入端的Clampin引脚相连。Clampout引脚通过控制Clamp引脚上的DC信号或脉冲信号可以和钳位功能的缓冲器输出端连接或断开。通过一个ADC差动输入或SE输入结构，THS1041的钳位功能可以被开启。其来自Clampout引脚的输出可以被连接至两个模拟输入端 AIN+和AIN–以提供共模电压或仅连接至其他应用其中的一个输入端。

图 2显示了SE输入端具有钳位功能的THS1041的基本结构。将Mode引脚设置为AVDD/2可使该器件进入一个内部参考模式；且Clampout引脚的DC电压来自Clampin引脚，而不是来自内部DAC。钳位功能的输出端Clampout被连接至AIN+，此外该输出端还通过钳位脉冲控制应用的一个小电阻器R被连接至电容器C2。电容器C2不但用于当Clampout在钳位脉冲间隔期间被内部断开时保持DC电压，而且还用于耦合从源到AIN+的 AC信号。另一个ADC模拟输入端AIN-被连接到一个外部DC源，而且对于正常运行而言应具有和AIN+相同的DC电压。Clamp引脚将控制 Clampout和缓冲器输出端之间的内部开关。当Clamp为高电平逻辑时，Clampout就被内部连接至缓冲器输出端；当Clamp为低电平逻辑时，Clampout就和缓冲器输出端断开。

　　利用钳位DC控制功能测试DC行为

钳位DC控制就是在Clamp引脚施加一个DC信号以控制Clampout引脚的内部缓冲器接入。为了了解当钳位功能开启时AIN+和AIN-端的DC行为，我们将两个不同的DC电压施加到AIN+和AIN-，并且对Clamp端的逻辑电平进行手动控制。根据图2中的结构，Clampin端的V2被设置为 1.5V，AIN-端的V1被设置为1V，C2为0.6μF且R为10Ω。在这种情况下，我们没有将AC信号施加到模拟输入端AIN+。ADC时钟将以 40MHz运行。当Clamp被手动设置为高逻辑电平(3VDC)时，AIN+将稳定在1.5V；当Clamp被手动设置为低逻辑电平(0VDC) 时，AIN+将稳定在1V。换句话就是说，当Clamp引脚为高逻辑电平时，AIN+端的电压将由内部缓冲器驱动；当Clamp引脚为低逻辑电平时，AIN+将与缓冲器断开，且其电压将向AIN-端的电压漂移。另外，如果AIN-正在浮动，那么AIN-端的电压将追随AIN+端的电压。在AIN+ 和AIN-端的电压源被断开以后，他们二者的DC电压将向着对方彼此相互漂移，这是因为在多个时钟周期以后的保持阶段在ADC采样与保持电路的采样电容之间发生了显著的内部充电或放电。测试数据如表1和表2所示。

表 1和表2中的测试数据（该数据是在ADC时钟被激活的情况下测量得出的）显示将模拟输入引脚与源断开会使其DC电压相互影响；当ADC时钟处于非激活状态时，AIN+和AIN-端的DC电压不会相互影响（请参见表3和表4）。此外，虽然使用C2与否都不会影响DC电压测试结果，但是确实会影响AIN+端电压变化的转换时间。