如何选择最佳放大器驱动SAR模数转换器

 

　　在本文中，我们在驱动SAR(逐次逼近寄存器)ADC的情况下将考虑一下这些问题。

　　SAR ADC在模数转换器世界中被广为使用。一般而言，这类ADC介于高分辨率、低速Δ-Σ(增量累加)ADC和高速、较低分辨率的流水线型ADC之间。凭借其无延迟特性，在很多应用中，SAR ADC常常是比Δ-Σ ADC和流水线ADC更好的选择，这些应用包括：具有多路复用信号的应用，在任意空闲周期之后需要实现准确首次转换的应用(如自动化测试设备)，以及ADC位于需要快速反馈的环路内的应用。

　　在大多数情况下，传感器的输出都不能直接连接到SAR ADC的输入。需要一个放大器来获得最佳的SNR(信噪比)和失真性能。SAR ADC将输入采样至内部电容器上，并以逐次二进制加权序列对输入电压与基准电压进行比较。当连接至采样电容器的开关打开时，由于采样电容器与输入节点的电压不匹配，电荷被注入输入节点。在放大器和ADC之间放置了一个简单的单极RC滤波器。除了能够滤除高频噪声和混叠分量，它还能够帮助吸收这种注入电荷。在为这种滤波器选择截止频率时，必须谨慎小心。截止频率应该设定在足够低的频率上，这样才能有效吸收注入电荷并滤除噪声，但是频率又要设定得足够高，以使放大器能够在数据转换器的采样时间内达到稳定。因为单独使用这种滤波器不足以抑制噪声，所以在放大器输入端，一般还包括一个截止频率更低的滤波器(参见图1)。

　　

 

　　图1：LTC2379 18位1.8Msps差分输入SAR ADC。

　　驱动差分输入SAR ADC

　　很多性能最高的SAR ADC都采用差分输入，以最大限度地扩大低电源电压的动态范围。图1所示的LTC2379-18就是这样一个例子，该器件以2.5V的电源和高达5V的参考电压工作，以达到10V的峰-峰值差分输入范围。如果输入信号已是差分信号，那么，仅采用一个低噪声、快速稳定的双通道运算放大器(例如LT6203)也许就能完全满足缓冲信号并驱动ADC的需求。将这类放大器配置为单位增益缓冲器，可以为输入信号提供高阻抗的输入端。

　　不过，在很多情况下，输入都采用单端类型，并且必须将其转换成差分信号。用诸如LT6350的放大器可以很容易地完成这一任务。这类放大器由两级组成：第一级产生一个非倒相缓冲输入信号，第二级产生倒相输出。如果输入信号已经与ADC的输入范围相匹配，那么，这个放大器就可以用来为信号提供一个高阻抗的缓冲器，如图2a所示。如果信号需要被缩放和移位，以达到与ADC的输入范围相匹配，那么，就可以采用图2b所示的方法去做。在这个例子中，单端的±10V信号被转换成0~5V的差分信号(R2和R3用来为信号移位，RIN和R1用于缩放信号)。在精确的模拟电路中常被忽视的事情是，增益设定和电平移位电阻器之间需要高度匹配。若采用精度为0.1%的分立式电阻器，则会出现随着时间、温度和共模电压范围而变化的失配，失配程度之高很可能使其成为电路误差的主要来源。使用如LT5400的精确匹配电阻器将有助于减轻这个问题。