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驅動高精度模數轉換器

發布時間：2021-06-04 來源：Thomas Brand 責任編輯：wenwei

【導讀】市場對工業應用的需求與日俱增，數據采集係統是其中的關鍵設備。它們通常用於檢測溫度、流量、液位、壓(ya)力(li)和(he)其(qi)他(ta)物(wu)理(li)量(liang)，隨(sui)後(hou)將(jiang)這(zhe)些(xie)物(wu)理(li)量(liang)對(dui)應(ying)的(de)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)為(wei)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)數(shu)字(zi)信(xin)息(xi)，再(zai)由(you)軟(ruan)件(jian)做(zuo)進(jin)一(yi)步(bu)處(chu)理(li)。此(ci)類(lei)係(xi)統(tong)對(dui)精(jing)度(du)和(he)速(su)度(du)的(de)要(yao)求(qiu)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)。這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)係(xi)統(tong)由(you)放(fang)大(da)器(qi)電(dian)路(lu)和(he)模(mo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)(ADC)組成，其性能對係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信號。

此外，還必須增加偏置信號或生成全差分信號，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信號。可編程增益儀表放大器(PGIA)通常用作輸入驅動器。在本文中，我們提出了一種輸入驅動器和ADC的組合，通過這種組合可以實現非常精確的轉換結果，從而構建高質量的數據采集係統。

例如， LTC6373就是一款適用於高精度數據采集係統的PGIA。除了全差分輸出，它還具有高直流精度、低噪聲、低失真（見圖2）以及4 MHz的高帶寬，增益為1/4~16。ADC可以通過它直接驅動，因此適合許多信號調理應用。

圖1中的電路顯示了使用LTC6373來驅動精密ADC的示例，ADC是具有1.8 MSPS的20位分辨率的 AD4020。

驅動高精度模數轉換器

圖1. 驅動精密ADC的電路示例。

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。增益可通過引腳A2/A1/A0在0.25 V/V至16 V/V之間進行設置。在圖1中，LTC6373采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，輸出共模電壓通過V_OCM引腳設置為V _REF /2。這樣就可實現LTC6373的輸出電平轉換。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 幅度的差分信號。LTC6373的輸出端和ADC輸入端之間的RC網絡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毛刺。同時，低通濾波器限製了寬帶噪聲。

圖2顯示LTC6373的信噪比(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）。在吞吐量為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。

驅動高精度模數轉換器

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信號鏈的線性度。

結論

圖1中所示的電路針對快速、高精度數據采集係統進行了優化。因此，LTC6373的出色特性有助於對傳感器輸出信號進行信號調理。借助在線工具ADI Precision Studio，特別是其中包含的ADC驅動器工具，ADI公司可以為此類放大級、濾波器和線性電路設計提供更多支持。欲了解更多信息，請訪問 tools.analog.com/en/precisionstudio。

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