LTC2387-18正弦信号驱动器的设计要求

简介

LTC2387-18是一款高速SAR（逐次逼近寄存器）ADC，适用于高线性度，低噪声应用。该ADC能够以高达15Msps的速率进行采样，从而可以转换频率为几MHz的信号。它非常适合在此频率范围内转换脉冲和连续信号。本文将讨论对设计用于向ADC提供连续正弦信号的驱动器的需求。噪声性能使得1MHz音调将产生超过96dBFS的SNR。该音调的总谐波失真通常超过-100dB。要将ADC驱动至满量程，需要8.192V pk-pk的差分输入信号。

许多传感器和信号源不会产生这么大的电压摆幅，或者无法驱动相对较低的输入阻抗的ADC。缓冲电路最适合解决这些问题，但它们必须非常线性，并且对信号的噪声很小。通常，缓冲电路必须向源提供阻抗，该阻抗不会过度加载，并提供电压增益。如果整个电路要接近ADC满足的规格，运算放大器，无论是单端还是差分，必须具有非常高的性能。

缓冲电路概述

如果差分输入信号可用，缓冲电路将执行三个功能。首先，使用少量输入低通滤波来限制到达放大器的噪声频谱。然后缓冲信号，通常每侧有一个运算放大器。在某些情况下，缓冲器包括一些电压增益。这样可以减轻信号源的驱动要求，但会降低信噪比，因为这种增益可以放大来自信号源的噪声。最后，信号在传递到ADC之前再次进行低通滤波。该功能由RC滤波器提供，进一步限制了到达ADC输入的宽带噪声。滤波器还在滤波电容器之前提供一些串联电阻，这使放大器具有较低的无功负载阻抗。电容用作来自ADC输入电路的采样瞬变的电荷储存器。这减小了放大器输出端的采样电荷脉冲的大小。但是，如果电容太大，整个网络将不会在采样时刻之间完全稳定下来。在某些情况下，差分输入信号不可用。然后缓冲电路必须执行从单端缓冲电路获得差分信号的附加功能。

基本缓冲电路

用于驱动LTC2387-18的基本缓冲电路如下图1所示。

放大器工作在+ 7.5V / -2.5V电源轨。输入电路在31MHz附近提供低通极点，假设源阻抗为25Ω。较大的源阻抗值会降低此极点频率。串联电阻还满足单位增益配置中ADA4899-1输入端所需的25Ω。每个放大器输出一个25Ω串联电阻。由这些电阻形成的低通部分与82pF电容一起产生接近77MHz的极点。这些电容器尽可能大，不会降低网络的建立时间。该电路非常简单，对客户信号源提供高负载阻抗。但是，它不提供电压增益。它还仅适用于直流耦合信号;输入信号的直流电平必须接近2.048V。该电路在300KHz至2.2MHz范围内的性能数据如下图2所示。

单端输入信号缓冲电路

如果差分输入信号不可用，则可以修改缓冲电路以接受单端输入信号。图3所示的原理图就是一个例子。

该电路使用Vcm处的精密基准电压来建立两个输出的共模电压。这允许使用AC耦合输入，但是为噪声进入创建了一个途径。在单位增益配置中，如图3所示，参考电压端口的任何噪声或杂散信号在一对一增益的基础上表现为输出的差分干扰。为该端口选择的参考电压必须尽可能安静，并在将其应用于运算放大器的同相端之前进行严格滤波。反相放大器周围的串联和反馈电阻也会给输出带来宽带噪声。最大限度地减小这些电阻的大小对于降低这种影响至关重要。即使经过精心设计，参考电阻和电阻的影响也相当大，并且这种配置的SNR比真正的差分缓冲电路低几dB。单端缓冲电路的性能数据如图4所示。

具有吸收滤波器电路的缓冲器

简单缓冲电路输出端使用的滤波器仅由一个串联电阻和一个并联电容组成。这种滤波器的选择性很差，并且在转角频率附近呈现给放大器的阻抗很低。滤波器部分的输入阻抗非常高，并且在通带内随频率快速变化。这种类型的滤波器通过反射而不是吸收来抑制带外信号。具有更多极点和吸收元件的滤波器可以提供更好的负载阻抗以及更多的带外抑制。这种滤波器的一个例子如图5所示。

该滤波器在大部分通带内的负载阻抗为300Ω，在1MHz时降至150Ω。 3dB角接近9MHz，提供比简单RC滤波器窄得多的通带。吸收式驱动板使用图5中的滤波器的差分版本来提供更好的SNR。简化原理图如下图6所示。

该电路可轻松配置为提供电压增益;图7显示了电压增益为4的示例。

两个电路的性能数据如下图8所示。

反馈放大器+吸收滤波器

到目前为止提供的电路非常简单，使用运算放大器，然后是低通滤波器。还评估了一种更复杂的方法，该方法采用局部和全局反馈来改善放大器的线性度。主放大器是LTC6404，它是一种低噪声，低失真差分放大器。此放大器之后是两个AD8002电流反馈运算放大器。这些运算放大器有两个用途。首先，它们提供的电压增益为4，可将LTC6404的2V峰峰值输出电压摆幅转换为驱动ADC达到满量程所需的8V峰峰值摆幅。此外，这些运算放大器是电流反馈器件，这意味着它们提供更高的压摆率和更低的输出阻抗。这两个属性都非常适合通过前面描述的吸收式低通滤波器驱动ADC输入。

此电路的性能数据如下图10所示。

此处提供的电路和数据显示，有些情况下可能会因电路复杂性或失真而改善SNR ， 例如。请注意，此处提供的数据是使用单个DC2290A演示板进行的，由缓冲电路的独立演示板驱动。