ADI实验室电路:16位、100kSPS逐次逼近型ADC系统

AD7988-1 16位、100 kSPS PulSAR ADC

AD8641低功耗、轨到轨输出精密单通道JFET运算放大器

ADR435超低噪声XFET 5.0 V基准电压源，具有吸电流和源电流能力

评估和设计支持

电路评估板

CN-0306电路评估板（EVAL-CN0306-SDPZ）

系统演示平台（EVAL-SDP-CB1Z）

设计和集成文件

原理图、布局文件、物料清单

电路功能与优势

图1中的电路采用16位、100 kSPS逐次逼近型模数转换器（ADC）系统，集成驱动放大器，针对最高1 kHz输入信号和100 kSPS采样速率、功耗低至7.35 mW的系统而优化。

这种方法对于便携式电池供电、要求低功耗的多通道应用极为有用。它还为那些两次转换突发之间的大部分时间ADC都处于空闲状态的应用提供了优势。

通常，选择高性能逐次逼近型ADC的驱动放大器处理宽范围的输入频率。然而，当某个应用需要更低的采样速率时，便可节省大量功耗，因为降低采样速率会相应地降低ADC功耗。

若要完全利用通过降低ADC采样速率使功耗下降的优势，则需要使用低带宽、低功耗放大器。例如，推荐80 MHz的ADA4841-1运算放大器（10 V时功耗为12 mW）与AD7988-1 16位逐次逼近型寄存器（SAR） ADC（100 kSPS时功耗为0.7 mW）一同使用。包括ADR435基准电压源（7.5 V时功耗为4.65 mW）在内的总系统功耗在100 kSPS时为17.35 mW。

对于最高1 kHz的输入带宽和100 kSPS的采样速率，AD8641 3MHz运算放大器（10 V时功耗为2 mW）可提供出色的信噪比（SNR）和总谐波失真（THD）性能，并且在100 kSPS时可将总系统功耗从17.35 mW降低至7.35 mW，降幅达58%。

图1. 使用AD8641低功耗放大器驱动AD7988-1 ADC的系统电路图（原理示意图：未显示所有连接）

电路描述

该电路包含AD7988-1 ADC、AD8641放大器和ADR435基准电压源。AD7988-1是一款16位、100 kSPS SAR ADC，其低功耗可随采样速率调整，100 kSPS时功耗为0.7 mW。除了低功耗，它还具有业界领先的交流性能：SNR = 91 dB，THD = -114 dBc。

驱动放大器采用AD8641低功耗、精密器件，其电源电流为200 μA，增益带宽积为3 MHz。AD8641可采用5 V至26 V的电源供电。ADC的基准电压源采用ADR435，这是一款高精度、低噪声、5 V XFET基准电压源。低电源电流（620 μA）时，ADR435具有极低的温度系数（3 ppm/℃）。100 kSPS时，本电路的总功耗为7.35 mW。信噪比（SNR）为88.5 dBFS，总谐波失真（THD）为-103 dBc，输入频率最高为1 kHz。

AD8641配置为单位增益缓冲器，并且它与AD7988-1之间有一个截止频率为93 kHz的RC滤波器（634 Ω，2.7 nF）。滤波器允许使用诸如AD8641等噪声更高的放大器，在28 nV/√Hz下依然具有低得多的功耗。与ADC的规格相比，以更高的噪声换取更低功耗的代价仅是系统的信噪比（SNR）性能下降了2.5 dB。相对于数据手册中推荐的数值（20 Ω），更高的R值（634 Ω）表示AD8641可以驱动2.7 nF的大容量输入电容。更高的R值可将最大输入带宽限制为1 kHz，使得失真较低。

对于最高1 kHz的输入，这与AD8641的16位失真性能（THD低于-100 dBc）差不多。超过1 kHz会加剧失真，因此不建议在更高的输入频率下使用该电路，而由于较长的建立时间，亦不建议在多路复用器应用中使用该放大器。注意，相对于正电源电压而言，AD8641需要至少2 V的输入裕量。输出级以轨到轨方式工作。