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驅動高精度類比數位轉換器

本文作者:Thomas Brand       點擊: 2021-01-26 20:15
前言:
市場對工業應用的需求與日俱增,資料擷取系統則是其中的關鍵設備。它們通常用於檢測溫度、流量、壓力和其他物理量,隨後將這些物理量對應的類比訊號轉換為高解析度的數位資訊,再由軟體做進一步處理。此類系統對精度和速度的要求越來越高。這些資料擷取系統由放大器電路和類比數位轉換器(ADC)組成,其性能對系統具有決定性的影響。然而,ADC的輸入驅動器也會影響整體精度。該驅動器用於緩衝和放大輸入訊號。此外,還必須增加偏置訊號或產生全差分訊號,以覆蓋ADC的輸入電壓範圍並滿足其共模電壓要求,在此過程中不得改變原始訊號。可編程增益儀錶放大器(PGIA)通常用於輸入驅動器。在本文中,我們提出了一種輸入驅動器和ADC的組合,透過這種組合可以實現非常精確的轉換結果,從而建構高品質的資料獲取系統。

例如, LTC6373就是一款適用於高精度資料擷取系統的PGIA。除了全差分輸出,它還具有高直流精度、低雜訊、低失真(見圖2)以及4 MHz的高頻寬,增益為1/4~16。ADC可以透過它直接驅動,因此適合許多訊號處理應用。
 
圖1中的電路顯示了使用LTC6373來驅動精密ADC的範例,ADC是具有1.8 MSPS的20位解析度的 AD4020。
 圖1. 驅動精密ADC的電路範例。

在該電路中,LTC6373在輸入端和輸出端直流耦合,因而不需要使用變壓器來驅動ADC。增益可透過接腳A2/A1/A0在0.25 V/V至16 V/V之間進行設定。在圖1中,LTC6373採用差分輸入至差分輸出配置和±15 V對稱電源電壓。或者,輸入也可以是單端輸入,而輸出仍然是差分輸出。
 
在圖1中,輸出共模電壓透過V OCM 接腳設定為V REF /2。如此便可實現LTC6373的輸出位準轉換。LTC6373的每個輸出在0 V至V REF 之間變化,因此在ADC輸入端有一個2× V REF 幅度的差分訊號。LTC6373的輸出端和ADC輸入端之間的RC網路形成一個單極點低通濾波器,它可降低在ADC輸入端切換電容時產生的電流峰值。同時,低通濾波器限制了寬頻雜訊。
 
圖2顯示LTC6373的訊號雜訊(SNR)和總諧波失真(THD),其在整個輸入電壓範圍(10 V p-p)內驅動AD4020 SAR ADC(高阻態模式)。在輸送量為1.8 MSPS,濾波器電阻(R FILTER )為442 Ω時可獲得比較滿意的效果。在1 MSPS或0.6 MSPS時,製造商建議R FILTER 為887 Ω。
 
 圖2. 使用LTC6373驅動AD4020的SNR(左)和THD(右)性能。

LTC6373可驅動大多數具有差分輸入的SAR ADC,不需要另外增加ADC驅動器。但是,在某些應用中,在LTC6373和精密ADC之間可以使用單獨的ADC驅動器來進一步提高訊號鏈的線性度。
 
結論
圖1中所示的電路針對快速、高精度資料獲取系統進行了優化。因此,LTC6373的卓越特性有助於對感測器輸出訊號進行訊號調理。藉由線上工具ADI Precision Studio,特別是其中包含的ADC驅動器工具,ADI可以為此類放大級、濾波器和線性電路設計提供更多支援。欲瞭解更多資訊,請瀏覽: tools.analog.com/en/precisionstudio
 
 
 

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