电压基准滤波器将32位ADC SNR提高6dB：ADI设计说明

从ADC获得最佳SNR性能不仅仅是为ADC输入提供低噪声信号。提供低噪声参考电压同样重要。虽然参考噪声在零电平时不起作用，但在满量程时，参考电平上的任何噪声都将在输出代码中可见。这就是为什么对于给定的ADC，在零标度下测量的动态范围（DR）通常比在满量程或接近满量程时测量的信噪比（SNR）好几个dB。在ADC的SNR可能超过140dB的过采样应用中，提供低噪声参考电压尤为重要。要在这个级别获得SNR，即使是最好的低噪声基准也需要一些帮助来降低它们的噪声水平。

有几种方法可以降低参考噪音。增加旁路电容的大小或在参考输出上使用简单的低通RC滤波器都不是好的选择。参考输出上的大旁路电容本身不能产生足够低的截止频率以使其有效。无源RC滤波器本身在提供低截止频率的同时，将产生随采样频率和温度而变化的输出电压。并联多个低噪声基准的输出是一种有效的替代方案，但它很昂贵并且消耗很多功率。

此处演示的参考滤波器可产生低噪声参考电压，而不会严重影响参考精度或温度系数，因此只需适度的功耗和成本。

电路描述

本例中使用的ADC是LTC2508-32（U1）。LTC2508-32是一款低噪声，低功耗，32位SAR ADC，带有一个低通数字滤波器，具有从256到16384的四个引脚可选的下采样因子（DF）。低噪声，低温度漂移基准对实现LTC2508-32的完整性能。

本例中使用的参考是LTC6655-5（U2）。LTC6655-5提供高精度（最大±0.025％），极低的噪声（0.67ppm RMS典型值）和漂移（2ppm /°C最大值）性能。即使具有极低的噪声性能，LTC6655-5仍然会降低LTC2508-32的SNR性能。

LTC2057（U3）是一款具有抑制1 / f噪声的零漂移运算放大器。LTC2057的输入偏置电流（IB）小于200pA，最大偏移电压为4μV，最大偏移电压温度系数为0.015μV/°C。这显着低于LTC6655-5的温度系数（2ppm /°C =10μV/°C）。

LTC2057

（U3）是抑制1 / f噪声的零漂移运算放大器。该

LTC2057

具有小于200pA的输入偏置电流（IB），最大偏移电压为4μV，最大偏移电压温度系数为0.015μV/°C。这显着低于LTC6655-5的温度系数（2ppm /°C =10μV/°C）。

LT6202（U4）是一款低噪声，快速建立运算放大器，具有驱动LTC2508-32的REF引脚所需的47uF旁路电容所需的高短路电流能力。

图1的电路使用R2和C3对基准（U2）的输出进行滤波，形成一个0.8Hz的滤波器。电容器C3应该是薄膜电容器。钽电容和电解电容具有较高的泄漏，会在R2上产生偏移。陶瓷电容器可能会出现噪声效应，导致低频噪声增加。滤波后的输出由U3的高阻输入缓冲。U3的最大200pA IB导致R2上的最大电压降仅为2μV。这与LTC2057的失调电压相结合，产生6μV的最大误差，与LTC6655-5的最大初始精度规格0.025％（1.25mV）相比，这是相对较小的。U3和U4构成一个复合放大器，具有低失调，失调温度系数和LTC2057的抑制1 / f噪声以及LT6202的快速建立时间。U1的REF引脚从C1中提取电荷，随采样率和输出代码而变化。U4必须补充此电荷以保持REF引脚电压固定。R5用于将U4与C1隔离，以改善REF引脚的稳定性。具有较高电压和额定温度的体积较大的陶瓷电容器具有较低的电压系数，可提供较高的有效电容。出于这个原因，C1应该是1210尺寸和10V额定值的X7R。

LTC2057

的偏移电压，产生6μV的最大误差，与LTC6655-5的最大初始精度规格0.025％（1.25mV）相比，这是相对微不足道的。U3和U4组成一个复合放大器，具有低失调，失调温度系数和抑制的1 / f噪声

LTC2057

以及LT6202的快速建立。U1的REF引脚从C1中提取电荷，随采样率和输出代码而变化。U4必须补充此电荷以保持REF引脚电压固定。R5用于将U4与C1隔离，以改善REF引脚的稳定性。具有较高电压和额定温度的体积较大的陶瓷电容器具有较低的电压系数，可提供较高的有效电容。出于这个原因，C1应该是1210尺寸和10V额定值的X7R。

电路性能

如表1所示，LTC2508-32具有接近理论上的性能，对于下采样因子（DF）的每增加4倍，动态范围增加近6dB，ADC输入连接在一起，REF引脚直接由LTC6655- 5。表1另外显示，当ADC驱动在满量程附近时，使用LTC6655-5直接驱动ADC REF引脚的SNR与DR相比降低了7.8dB。这是由于参考的噪音。如表1所示，使用图1的电路来驱动LTC2508-32的REF引脚，可以将SNR提高至6.1dB。

斩波器稳定运算放大器（如LTC2057）通常在斩波频率和奇次谐波处呈现色调。LTC2057利用电路将这些伪像抑制得远低于失调电压。该电路与ADC自身的滤波器结合起来，可消除运放的斩波频率中的任何可见音调，如图2的噪声底图所示。图2的曲线是五次数据捕获的平均值，试图平滑本底噪声甚至可以显示任何杂散音的最小迹线。

LTC2057

通常在斩波频率和其奇次谐波处呈现色调。该

LTC2057

利用电路来抑制这些伪影

结论

我们演示了一种滤波器电路，可以在不影响精度或温度系数的情况下降低参考输出噪声，同时只需要适度的功耗和成本。将该电路的输出应用于LTC2508-32的参考引脚，32位低噪声ADC在一定范围的下采样因子下将信噪比提高了6.1dB，与直接使用参考电压驱动ADC相比，SNR提高了6.1dB。