驱动高精度模数转换器

  • 来源:电子产品世界
  • 关键字:高精度,模数转换器,驱动
  • 发布时间:2021-06-29 14:14

  市场对工业应用的需求与日俱增,数据采集系统是其中的关键设备。它们通常用于检测温度、流量、液位、压力和其他物理量,随后将这些物理量对应的模拟信号转换为高分辨率的数字信息,再由软件做进一步处理。此类系统对精度和速度的要求越来越高。这些数据采集系统由放大器电路和模数转换器(ADC)组成,其性能对系统具有决定性的影响。然而,ADC 的输入驱动器也会影响整体精度。该驱动器用于缓冲和放大输入信号。此外,还必须增加偏置信号或生成全差分信号,以覆盖ADC 的输入电压范围并满足其共模电压要求,在此过程中不得改变原始信号。可编程增益仪表放大器(PGIA)通常用作输入驱动器。在本文中,我们提出了一种输入驱动器和ADC 的组合,通过这种组合可以实现非常精确的转换结果,从而构建高质量的数据采集系统。

  例如,LTC6373 就是一款适用于高精度数据采集系统的PGIA。除了全差分输出,它还具有高直流精度、低噪声、低失真(见图2)以及4 MHz 的高带宽,增益为1/4~16。通过它可以直接驱动ADC,因此适合许多信号调理应用。

  图1 中的电路显示了使用LTC6373 驱动精密 ADC 的示例,ADC 是具有1.8 MSPS 的20 位分辨率的AD4020。

  在该电路中,LTC6373 在输入端和输出端直流耦合,因而不需要使用变压器驱动ADC。增益可通过引脚A2/A1/A0 在(0.25~16)V/V 之间进行设置。在图1 中,LTC6373 采用差分输入至差分输出配置和±15 V 对称电源电压。或者,输入也可以是单端输入,而输出仍然是差分输出。

  在图1中,输出共模电压通过VOCM引脚设置为VREF/2。这样就可实现LTC6373 的输出电平转换。LTC6373 的每个输出在0 V~VREF 之间变化,因此在ADC 输入端有1 个2×VREF 幅度的差分信号。LTC6373 的输出端和ADC 输入端之间的RC 网络形成1 个单极点低通滤波器,它可降低在ADC 输入端切换电容时产生的电流毛刺。同时,低通滤波器限制了宽带噪声。

  图2 显示了LTC6373 的信噪比(SNR)和总谐波失真(THD),其在整个输入电压范围(10 V p-p)内驱动AD4020 SAR ADC(高阻态模式)。在吞吐量为1.8 MSPS,滤波器电阻(RFILTER)为442 Ω 时可获得比较满意的效果。在1 MSPS 或0.6 MSPS 时,建议 RFILTER 为887 Ω。

  LTC6373 可驱动大多数具有差分输入的SAR ADC,不需要另外增加ADC 驱动器。但是,在某些应用中,在LTC6373 和精密ADC 之间可以使用单独的ADC 驱动器来进一步提高信号链的线性度。

  结束语

  图1 所示的电路针对快速、高精度数据采集系统进行了优化。因此,LTC6373 的出色特性有助于对传感器输出信号进行信号调理。借助在线工具ADI Precision Studio,特别是其中包含的ADC 驱动器工具,ADI 公司可以为此类放大级、滤波器和线性电路设计提供更多支持。欲了解更多信息,请访问tools.analog. com/en/precisionstudio。

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