2013年8月14日--以前，精確電氣的測量是在原始的實驗室環境中進行的，這類環境中擁有充足的電力供應，時間分配也能確保極高的準確性。時至今日，人們希望將儀錶攜帶到現場，讓儀錶靠電池電源運行，並立即實現更高的準確性。類比電路與數位電路不同，不會從較小的製程效應中受益。如果功率消耗較少，那麼雜訊 (精確測量的大敵) 實際上就增加了。隨著新的低壓製程出現，訊號雜訊比 (SNR) 變得更差了，這是可以理解的，因為訊號幅度減小了。那麼，在提高性能的同時，類比訊號鏈路怎樣“邁向綠色節能”呢?
很多高速儀錶的核心是一個高速類比數位轉換器 (ADC)。例如，金屬物體的非破壞性測試採用一種類似於醫療超音波的成像方法，採用這種方法時，數位影像感測器為高速 ADC 提供訊號。在有些情況下，會有很多通道，因此尺寸和功耗是關鍵。可攜式儀錶顯然需要節省電池功率，不過即使是固定式安裝，也會關注功率，無論是為了實施“綠色”計畫，還是僅僅要在外形尺寸精小的儀錶中將熱量降至最低。ADC 的趨勢是走向採用更小的製程，並使用 1.8V 電源以降低功耗，但要實現與類似的 3V 元件同樣或更高的性能，就需要更聰明的 ADC 設計。
凌力爾特開發出了幾款接腳相容、取樣速率高達 125Msps 的 1.8V 超低功耗 12 位元/ 14 位元和 16 位元 ADC 系列，這些元件以非常低的功率提供卓越的動態性能。這些新元件無需減少功能或提高前端放大器的要求就可以極大地降低功耗。由於可以選擇單、雙、4 和 8 通道 ADC，因此可實現非常高的通道密度，同時確保系統中的熱量最低。不過，ADC 只是該鏈路的其中一部分。整個訊號鏈路必須良好匹配，以使儀錶順利工作。
匹配的訊號通路設計
就需要 16 位元性能和超低功耗以延長電池壽命的應用而言，LTC2195 系列是理想的解決方案。可攜式儀錶是一個完美的例子。在很多應用中，來自感測器的訊號必須在 ADC 取樣前進行處理。就這項任務而言，選擇與 ADC 性能匹配的低雜訊、低功率放大器便顯得重要，例如可以選擇 LTC6406，該元件與 LTC2195 系列為良好匹配的。
LTC6406 是一款全差動放大器，具低雜訊 (在輸入端為1.6nV/√Hz) 和高線性度 (在 20MHz 時為+44dBm OIP3)，採用小型 3mm x 3mm QFN 封裝。增益是用外部電阻器設定的，從而為用戶提供了最大的設計彈性。低功耗 (用 3.3V 電源時為 59mW) 最大限度地降低了對系統功率預算的影響。這個放大器的共模電壓範圍還延伸至 0.5V，這意味著，其可與 LTC2195 無縫配對，因為 LTC2195 具 0.9V 的標稱共模電壓。
在一般情況下，數位感測器的輸出是單端的。這就要求 ADC 取樣之前，進行單端至差動轉換。如果 DC 響應也需要，那麼就不能用變壓器。這種情況就需要諸如 LTC6406 這種能進行單端至差動轉換的低雜訊放大器。
該放大器之後必須跟隨一個濾波器，以降低放大器的寬頻雜訊，並隔離放大器輸出與 ADC 輸入，ADC 輸入產生與取樣電容換向有關的共模干擾。濾波器有助於衰減這類干擾，從而保護了放大器。高階濾波器並不需要，因為放大器的雜訊相當低。轉角頻率為 12MHz 的濾波器用在這裡就足夠了，它不會降低 ADC 的性能。
最終的濾波器應該設計僅為降低放大器的寬頻雜訊，而不是作為具陡峭過渡頻帶的選擇性篩檢程式。濾波器的陡峭過渡頻帶會增加插入損耗，並減低放大器 OIP3，這會導致感測器訊號失真。圖 1 所示電路達到了這個目標。
圖 1：單端至差動介面至高速 ADC
所採用的 ADC 是 LTC2195，該元件是一款 16 位元 125Msps、同時取樣、雙通道 ADC，以單一 1.8V 電源工作。該元件以每通道 216mW 的功率實現了與消耗 1.25W 功率的 ADC 幾乎同樣的 SNR 性能。LVDS 序列介面允許該元件佔用的電路板空間不到以前 ADC 的一半，還由於減少了 I/O 數，還允許使用更小的 FPGA。這個電路與 LTC6406 一起，僅消耗 275mW 功率，這對多通道系統而言是一個顯然的優勢。這個電路可以非常容易地應用於該系列的 14 位元和 12 位元，或應用於以低得多的取樣速率取樣的轉換器，因此可進一步節省功率。
圖 2 顯示了這個電路的性能。結果顯示，在低輸入頻率時，放大器的線性度不會降低 ADC 的 SFDR。SNR 也保持在 76.5dB 不變。當以單位增益使用時，LTC6406 不降低 LTC2195 的 SNR 或 SFDR。
圖 2：FS = 125Msps 和 FIN = 1MHz 時，圖 1 電路的 FFT 結果
結論
無論就固定式安裝或可攜式裝置而言，朝向“綠色”儀錶和測試設備發展的趨勢是不可避免的。隨著性能的提高和功耗要求降低，匹配整個訊號鏈路的元件變得非常重要了。就 16 位元性能而言，LTC2195 ADC 最適合解析度高並關注功率之感測器應用，而 LTC6406 則為一匹配良好的驅動器放大器，該放大器不會使 LTC2195 的性能打折扣，而且其功率要求也很低。透過以一個相對低階的濾波器來降低放大器的寬頻雜訊，該 ADC 的資料表性能可以非常容易地實現。LTC2195 與 LTC6406 的配對組合適用於任何可攜式影像感測器應用，同時提供了卓越的性能和低功耗。
