SAR ADC是通用、易用、完全異步的數據轉換器。但是，決定特定應用使用哪種轉換器時，仍需做出一些選擇。本文具體討論ADI SAR ADC產品組合提供的模擬輸入信號類型。但應注意，盡管本文關注的是SAR ADC，輸入類型通用於所有ADC架構。根據所考慮電路的信號源類型或總體目標，需要做出特定設計決策和權衡。最簡單的解決方案是匹配ADC輸入類型與信號源輸出配置。不過，源信號可能需要改變信號類型的調理，或者存在成本
、功率或麵積考慮因素，影響模擬輸入類型決策。我們來了解一下不同的可用模擬輸入類型。

 

 

最簡單的模擬輸入類型是單端輸入。此時，信號從來源到達ADC僅需要一條線路。這種情況下將使用單個輸入引腳，無信號源直接返回或感測路徑。相對於ADC的接地引腳產生轉換結果。根據特定器件，輸入可能為單極性或雙極性。單端情況下，簡單是其優點。信號從來源到達ADC僅(jin)需(xu)要(yao)一(yi)條(tiao)走(zou)線(xian)。這(zhe)可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)係(xi)統(tong)複(fu)雜(za)性(xing)，同(tong)時(shi)降(jiang)低(di)總(zong)信(xin)號(hao)鏈(lian)的(de)功(gong)耗(hao)。當(dang)然(ran)簡(jian)單(dan)也(ye)可(ke)能(neng)有(you)代(dai)價(jia)。單(dan)端(duan)設(she)置(zhi)不(bu)會(hui)抑(yi)製(zhi)信(xin)號(hao)鏈(lian)內(nei)的(de)直(zhi)流(liu)失(shi)調(tiao)。單(dan)端(duan)係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)相(xiang)對(dui)於(yu)載(zai)流(liu)地(di)層(ceng)執(zhi)行(xing)測(ce)量(liang)
，信(xin)號(hao)源(yuan)接(jie)地(di)與(yu)ADC接地之間的電壓差異可能出現在轉換結果中。而且

，設置更易受耦合噪聲影響。因此，信號源和ADC應彼此靠近，以緩解這些效應。如果SAR ADC是單極性單端配置
，容許信號擺幅介於接地與正滿量程之間
，通常由ADC基準電壓輸入設置。單端單極性輸入的直觀表示可參見圖1。采用單端單極性輸入的器件有AD7091R和AD7091R-8。

 

圖1. 單端單極性。

 

如果SAR ADC是雙極性單端配置
，容許信號擺幅介於對地正滿量程與負滿量程之間。同樣，滿量程通常由ADC基準電壓輸入設置。單端雙極性輸入的直觀表示可參見圖2。采用單端雙極性輸入的器件有AD7656A-1。

 

圖2. 單端雙極性。

 

 

如(ru)果(guo)需(xu)要(yao)感(gan)測(ce)信(xin)號(hao)地(di)或(huo)從(cong)載(zai)流(liu)地(di)層(ceng)解(jie)耦(ou)相(xiang)對(dui)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)
，信(xin)號(hao)鏈(lian)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)可(ke)能(neng)考(kao)慮(lv)遷(qian)移(yi)至(zhi)偽(wei)差(cha)分(fen)輸(shu)入(ru)結(jie)構(gou)。偽(wei)差(cha)分(fen)器(qi)件(jian)本(ben)質(zhi)上(shang)是(shi)帶(dai)參(can)考(kao)地(di)的(de)單(dan)端(duan)ADC。器件執行差分測量，但檢測的差分電壓是相對於輸入信號接地電平測量的單端輸入信號。單端輸入被驅動至ADC的正輸入端(IN+)，輸入接地電平被驅動至ADC的負輸入端(IN–)。需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)
，信(xin)號(hao)鏈(lian)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)注(zhu)意(yi)負(fu)輸(shu)入(ru)的(de)模(mo)擬(ni)輸(shu)入(ru)範(fan)圍(wei)。一(yi)些(xie)情(qing)況(kuang)中(zhong)，負(fu)輸(shu)入(ru)引(yin)腳(jiao)相(xiang)對(dui)於(yu)正(zheng)輸(shu)入(ru)具(ju)有(you)有(you)限(xian)的(de)輸(shu)入(ru)範(fan)圍(wei)。這(zhe)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)，正(zheng)輸(shu)入(ru)可(ke)在(zai)容(rong)許(xu)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)內(nei)自(zi)由(you)擺(bai)動(dong)，而(er)ADC的負輸入可限製在ADC接地附近的較小±電壓範圍內。每個ADC輸入的容許輸入範圍可在數據手冊中找到。參見圖3中的“絕對輸入電壓”規格表。

 

圖3. 絕對輸入電壓示例。

 

如果具有有限IN–電壓範圍的偽差分器件（比如AD7980AD7980）需要抑製大於絕對輸入電壓範圍的幹擾信號，信號鏈設計人員可能需要考慮儀表放大器，以在信號到達ADC前消除較大的共模。有三種偽差分配置：單極性、偽雙極性及真雙極性。ADI SAR ADC產品組合提供采用以上每一種配置的器件。在單極性偽差分設置中，單端單極性信號被驅動至ADC的正輸入端，信號源地被驅動至負ADC輸入端，如圖4所示。采用單極性偽差分輸入的器件有AD7980和AD7988-5。

 

圖4. 單極性偽差分。

 

在偽雙極性設置中
，單端單極性信號被驅動至ADC的正輸入端。然而，信號源地未被驅動至ADC的負輸入端，此輸入到達滿量程電壓的一半。本例中
，輸入範圍為 ±VFS2，而非0至VFS。weichuxiandongtaifanweizengjia
，danjixingqingkuangyuweishuangjixingqingkuangzhijiandechayishiceliangzhengshurusuoyikaodexiangduidianya。yudanjixingweichafenqingkuangxiangtong
，weishuangjixingfushurujuyouyouxiandeshurufanwei。buguo，cishidianyajiangzaiVFS2而非接地左右變化。圖5是偽雙極性輸入範圍圖。本例中，VOFF = VFS2。提供偽雙極性輸入選項的器件有AD7689。

 

圖5. 偽雙極性。

 

偽差分真雙極性情況與單極性偽差分情況很相似
，隻不過單端正ADC輸入可在低電壓上下擺動。通常，峰峰值輸入範圍是基準電壓的兩倍或此比例的倍數。例如，如果基準電壓為5 V，那麼偽差分真雙極性器件可接受±5 V範圍內的輸入。圖6顯示偽差分真雙極性輸入範圍圖。提供偽差分真雙極性輸入的器件有AD7606。

 

圖6. 偽差分真雙極性。

 

 

weichafenjiagouyouyudanduanjiagouzhichuzaiyunenggouyizhizhuanhuanxitongneidetedingraodongxinhao。buguo，cunzaiketigongxiangtongyizhiyoushi
，tongshiyezengjiaxitongdongtaifanweidejiagou。chafenjiagouyunxuyonghuzuidaxiandudizengjiaADC的輸入範圍。與單端或偽差分方案相比，差分信號可將給定電源和基準電壓設置的輸入範圍加倍，提供最多6 dB的動態範圍增加，而不增加器件功耗。

 

ADI提供兩種帶有差分輸入的器件。本文介紹的第一種是差分反相。本例中，ADC轉換ADC正負輸入之間的差異，同時正負輸入彼此180°反相擺動。通常，差分反相器件為單極性。因此，差分器件的每一側將在低電壓與正滿量程（由基準電壓輸入設置）之間擺動。由於差分器件每一側180°反(fan)相(xiang)，輸(shu)入(ru)共(gong)模(mo)固(gu)定(ding)。與(yu)偽(wei)差(cha)分(fen)器(qi)件(jian)相(xiang)似(si)，差(cha)分(fen)反(fan)相(xiang)器(qi)件(jian)可(ke)限(xian)製(zhi)其(qi)容(rong)許(xu)共(gong)模(mo)輸(shu)入(ru)範(fan)圍(wei)。此(ci)範(fan)圍(wei)可(ke)在(zai)產(chan)品(pin)數(shu)據(ju)手(shou)冊(ce)的(de)規(gui)格(ge)表(biao)中(zhong)找(zhao)到(dao)。如(ru)下(xia)圖(tu)7所示。對於ADC輸入的絕對輸入範圍為0伏至正滿量程的器件，共模電壓為V FS2。大多數情況下，對於高分辨率（16位及更高）差分反相SAR ADC
，共模電壓範圍為典型共模電壓±100 mV。

 

圖7. 差分共模輸入範圍。

 

需要絕對最佳性能時，通常選擇差分反相器件。差分信號將提供最大噪聲抑製，趨於消除偶次項失真特性。如圖8所示
，由於差分器件引腳以相反方向擺動，動態範圍和SNR相對於單端和偽差分配置有所改善。

 

圖8. 差分信號帶來的動態範圍增加。

 

如果需要在信號源為單端的信號鏈中最大限度地提高係統性能，可使用單端至差分放大器，例如ADA4940-1或ADA4941-1以適當調理輸入信號，匹配其與ADC的共模。如同偽差分器件，如果係統內存在較大共模
，應使用儀表放大器來調理共模主體。差分ADC可處理共模中的精細變化
，且聚合信號鏈具有極佳的CMRR。圖9顯示了差分反相輸入範圍圖。采用差分反相輸入的器件有AD7982、AD7989-5以及AD7915。

 

圖9. 差分反相。

 

共模範圍限製是實現最佳性能和避免影響轉換器動態範圍所必需的。使用差分反相器件時有一些常見錯誤
，可能違反共模範圍。圖10顯示了實施差分反相器件時常發生的用戶錯誤。此情形中，差分信號非180°反相。因此
，共模在兩個ADC輸入引腳間劇烈變化，違反在圖7限製下工作的器件的數據手冊。

 

圖10. 違反共模。

 

另一個常見的差分反相失誤是180°反相、但共模不當的信號
，或者將ADC的IN-引腳連接至直流基底電壓。在負ADC輸(shu)入(ru)端(duan)提(ti)供(gong)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)很(hen)快(kuai)便(bian)會(hui)違(wei)反(fan)共(gong)模(mo)範(fan)圍(wei)規(gui)格(ge)，同(tong)時(shi)消(xiao)除(chu)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)的(de)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)優(you)勢(shi)。第(di)二(er)種(zhong)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)是(shi)測(ce)量(liang)任(ren)意(yi)兩(liang)個(ge)信(xin)號(hao)之(zhi)間(jian)的(de)差(cha)分(fen)，而(er)不(bu)論(lun)共(gong)模(mo)如(ru)何(he)。ADI提供一係列基於SAR ADC技術的集成式數據采集解決方案測量全差分信號。對於尋找具有寬容許輸入共模範圍的集成式數據采集解決方案的信號鏈設計人員，ADI提供ADAS3022 和ADAS3023。它們分別是雙極性連續和同步采樣數據采集係統，共模範圍寬達±10 V。在此範圍內，它們可展示任意兩個信號間的差異。

 

模擬輸入類型可影響數字輸出編碼。具有單極性輸入範圍的轉換器
，例如單端單極性和偽差分器件，采用直接二進製編碼。

 

代碼0將代表負滿量程輸入電壓，代碼2N − 1 1（N為位數）將代表正滿量程輸入。具有±極性輸入的器件將采用二進製補碼，以便將符號位提供給用戶。具有±極性的器件包括單端雙極性、偽差分雙極性、偽雙極性和全差分器件。對於這些ADC


，負滿量程輸入將由代碼 −2N − 1代表，正滿量程輸入將由代碼2N − 1 − 1代表。

 

SAR ADC是創建模數轉換信號鏈的通用、低功耗、高性能選項。這些器件易於實施。不過，為獲得係統的所需性能，必須做出特定架構選擇。本文具體討論ADI SAR ADC產chan品pin組zu合he提ti供gong的de模mo擬ni輸shu入ru類lei型xing選xuan擇ze。每mei種zhong輸shu入ru類lei型xing提ti供gong特te定ding優you勢shi

，同tong時shi必bi須xu做zuo出chu特te定ding權quan衡heng。如ru上shang所suo述shu，正zheng確que的de選xuan擇ze對dui於yu實shi現xian最zui佳jia性xing能neng至zhi關guan重zhong要yao。

 

本文轉載自亞德諾半導體。