微功耗运算放大器驱动8通道18位同步采样ADC

用于驱动18位模数转换器（ADC）的运算放大器通常消耗与ADC本身一样多的电源电流，其最大失调规格通常远高于ADC。如果需要多个ADC通道，这些驱动器的功耗会迅速上升到不可接受的水平。

如果需要 18 位精度（信噪比、THD、V操作系统），但采样速率不高，并且输入信号为低频或直流，因此所提供的简单缓冲器能够驱动 LTC2348-18 8 通道同步采样 ADC。它还实现了与SNR、THD和失调性能的典型规格相当的性能，功耗非常低。

电路说明

LTC®2348-18 是一款低噪声、8 通道同步采样 18 位逐次逼近寄存器 （SAR） ADC，具有宽输入共模范围。LTC2348-18 在一个 ±10.24V 的输入范围内，实现了 –109dB THD （典型值）、96.7dB SNR （典型值） 和一个 ±550μV （最大值） 的失调，同时在 200ksps 时仅耗散了 140mW （典型值）。当以本应用的10ksps速率工作时，通过使用器件的NAP模式，ADC的功耗降至45mW （典型值）。

LT®6020 是一款双通道微功率、5V/μs 精准轨至轨输出运放，其输入失调电压小于 30μV （最大值），每个放大器仅吸收 100μA （最大值）。

图 1 所示电路示出了配置为驱动 LTC2348-18 模拟输入的同相缓冲器的 LT6020 运放。每个运算放大器的最大功耗仅为3mW。对于所有八个通道，加起来只有24mW，约为10ksps时ADC功耗的一半。

图1.LT6020 缓冲器驱动 LTC2348-18 8 通道同步采样 SAR ADC

缓冲器输出端的 RC 滤波器最大限度地减小了 LT6020 的噪声贡献，并降低了由多路复用器和输入采样电容器引起的采样瞬态的影响。对于所选的RC时间常数，R值应尽可能小，以减少电阻两端的压降。如果不允许滤波器输出完全建立，则会导致增益误差。R值必须足够大，以防止运算放大器输出端出现过多振铃，从而增加建立时间并增加失真。

LTC2348-18 提供了两种不同的操作模式。第一种是全差分模式，它要求每个通道的两个模拟输入由单独的放大器驱动。第二种是伪差分模式，它仅驱动一个模拟输入，同时将另一个输入接地。第二种模式由图1所示电路使用。使用伪差分驱动意味着所需的元件更少，功耗更低。使用此模式的缺点是 INL 会略微降级。

电路性能

图 2 示出了由图 1 中的缓冲器伪差分驱动的 LTC2348-18 的 8192 点 FFT。THD 为 –108dB，在 10ksps 时 SNR 为 95.8dBFS，这与 LTC2348-18 的典型规格相比非常出色。

图2.图1电路的8192点FFT

图3显示了SNR和THD与采样速率的关系。信噪比在96dBFS附近保持相当平坦，最高可达10ksps。THD在10ksps时开始上升到–108dB以上。

图3.图1电路的SNR和THD与采样速率的关系

图4显示了SNR和THD与输入频率的关系。SNR 和 THD 均从 LTC2348-18 的典型规格在 100Hz 以上缓慢降级，直到 1kHz SNR 为 94dBFS 和 THD 为 –85dB。

图4.图1电路的SNR和THD与输入频率的关系

图 5 显示了 LT6020 驱动器和 ADC 与采样速率的组合失调误差。失调最初小于1LSB，当采样速率超过10ksps时开始下降。

图5.图1电路的ADC和驱动器组合失调与采样速率的关系

结论

LTC2348-18 18 位、200ksps、8 通道同步采样 SAR ADC 的简单驱动器 — 由配置为同相缓冲器的 LT6020 低功率精准双通道运放组成 — 每个运放仅消耗 3mW （最大值），而在 10ksps 时，LTC2348-18 仅耗散 45mW。在10ksps的采样速率下，SNR测量值为95.8dB，THD –109dB，偏移测量值小于1LSB。

审核编辑：郭婷