匹配傳感器輸出和ADC 輸入范圍可能很難，尤其是要面對當(dāng)今傳感器所產(chǎn)生的多種輸出電壓擺幅時(shí)。本文為不同變化范圍的差分、單端、單極性和雙極性信號提供簡便但高性能的ADC 輸入驅(qū)動(dòng)器解決方案，本文的所有電路採用了LTC2383-16 ADC 單獨(dú)工作或與LT6350 ADC 驅(qū)動(dòng)器一起工作來實(shí)現(xiàn)92dB SNR。
LTC2383-16 是一款低噪聲、低功率、1Msps、16 位ADC，具備±2.5V 的全差分輸入范圍。LT6350 是一款軌至軌輸入和輸出的、低噪聲、低功率單端至差分轉(zhuǎn)換器/ADC 驅(qū)動(dòng)器，具備快速穩(wěn)定時(shí)間。運(yùn)用LT6350，0V 至2.5V、0V 至5V 和±10V 的單端輸入范圍可以很容易轉(zhuǎn)換為LTC2383-16 的±2.5V 全差分輸入范圍。
全差分驅(qū)動(dòng)
圖1 顯示了用于本文所述所有電路的基本構(gòu)件。該基本構(gòu)件用于至LTC2383-16 模擬輸入的DC 耦合全差分信號。電阻器R1、R2 和電容器C1 將輸入帶寬限制到大約500kHz。電阻器R3 和R4 減輕ADC 輸入采樣尖峰的影響，該尖峰可能干擾傳感器或ADC 驅(qū)動(dòng)器輸入。
圖1：全差分驅(qū)動(dòng)電路
這個(gè)電路對于具備低阻抗差分輸出的傳感器很有用。驅(qū)動(dòng)AIN+ 和AIN– 的共模電壓必須等于VREF/2，以滿足LTC2383-16 的共模輸入范圍要求。
圖1 中的電路可以是AC 耦合的，以在必要時(shí)，使ADC 輸入的共模電壓與傳感器相匹配。只需通過一個(gè)1k 電阻器將AIN+ 和AIN– 偏置到VCM (VCM=VREF/2)、通過一個(gè)10µF 電容器將傳感器輸出耦合到AIN+ 和AIN– 即可，如圖2 所示。
圖2：AC 耦合全差分驅(qū)動(dòng)電路
當(dāng)驅(qū)動(dòng)LTC2383-16 這類低噪聲、低失真ADC 時(shí)，選擇合適的組件對保持高性能是至關(guān)重要的。這些電路中使用的所有電阻器的值都相對較低。這可保持較低的噪聲和較短的穩(wěn)定時(shí)間。建議使用金屬薄膜電阻器，以減小由自熱引起的失真。C1 采用的是NPO 電容器，因?yàn)檫@類電容器的電壓系數(shù)較低，從而可最大限度地減小失真。
單端至差分的轉(zhuǎn)換
當(dāng)然，不是所有傳感器的輸出都是差分的。以下是一些用單端信號驅(qū)動(dòng)LTC2383-16 的方法。
0V 至2.5V 單端輸入
圖3 所示電路將0V 至2.5V 單端信號轉(zhuǎn)換為全差分±2.5V 信號。這個(gè)電路還具備高阻抗輸入，以便能用大多數(shù)傳感器輸出直接驅(qū)動(dòng)該電路。如圖2 所示，通過AC 耦合的VIN，VIN 端的共模電壓可以與ADC 匹配。第二個(gè)放大器的共模電壓在LT6350 的+IN2 引腳處設(shè)定。圖4 中的32k 點(diǎn)FFT 顯示運(yùn)用圖3 所示電路時(shí)LTC2383-16 與LT6350 合起來的性能。所測得的92dB SNR 和-107dB THD 與LTC2383-16 的典型數(shù)據(jù)表規(guī)格參數(shù)緊密匹配。這表明，在信號通路中插入單端至差分轉(zhuǎn)換器后，即使引起ADC 規(guī)格參數(shù)劣化，裂化程度也是極小的。
圖3：單端至差分轉(zhuǎn)換器
圖4：圖3 電路的FFT
AMPLITUDE：幅度
0V 至5V 單端輸入
如果需要較寬的輸入范圍，那么可以驅(qū)動(dòng)LT6350 的負(fù)輸入，從而允許由LT6350 的第一級衰減輸入電壓。圖5 所示電路將0V 至5V 單端信號轉(zhuǎn)換為±2.5V 的差分信號，該差分信號驅(qū)動(dòng)LTC2383-16 的輸入。這個(gè)電路的輸入阻抗等于R7。增大R7 的值會提高輸入阻抗，從而使驅(qū)動(dòng)更加容易。這么做的代價(jià)是，如果R7 增大到高于4.99k，那么噪聲和失真會略有提高，如表1 所示。
圖5：0V 至5V 單端驅(qū)動(dòng)器
表1：0V 至5V 驅(qū)動(dòng)器的噪聲和失真隨輸入電阻的變化
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R7,R10 |
R5,R9 |
R8 |
SNR |
THD |
|
2 |
1 |
0.665 |
92 |
-100 |
|
4.99 |
2.49 |
1.65 |
92 |
-101 |
|
10 |
4.99 |
3.32 |
91 |
-100 |
|
49.9 |
24.9 |
16.5 |
91 |
-97 |
|
100 |
49.9 |
33.2 |
91 |
-94 |
±10V 單端輸入
有些傳感器提供高于和低于地的輸出電壓。圖6 所示電路將±10V 的地參考單端信號轉(zhuǎn)換為±2.5V 差分信號，該差分信號驅(qū)動(dòng)LTC2383-16 的輸入。輸入阻抗仍然由R7 設(shè)定。表2 顯示了圖6 電路的噪聲和失真隨輸入阻抗的變化。
圖6：±10V 單端驅(qū)動(dòng)器
表2：采用±10V驅(qū)動(dòng)器時(shí)噪聲和失真隨輸入電阻的變化
|
R7,R10 |
R5,R9 |
R8 |
SNR |
THD |
|
3.24 |
0.402 |
0.357 |
92 |
-97 |
|
4.99 |
0.619 |
0.549 |
92 |
-97 |
|
10 |
1.24 |
1.10 |
92 |
-96 |
|
49.9 |
6.19 |
5.49 |
91 |
-96 |
|
100 |
12.4 |
11.0 |
91 |
-97 |
結(jié)論
LTC2383-16 是一款低功率、低噪聲、16 位ADC，可非常容易地與種類繁多的傳感器輸出連接，包括范圍很寬的單極性、雙極性、差分和單端信號。