ADC驱动器的应用实例

对于每一代新产品，性能的提升通常伴随着用户必须遵守的实际要求，以实现运算放大器或转换器的最佳性能。老一代运算放大器通常需要外部补偿来定制响应;闪存A / D速度快但耗电量大，输入阻抗低。 BiMOS转换器简化了应用问题;典型的高阻抗，良性输入结构易于驱动。高速CB运算放大器和CMOS，基于开关电容的转换器可最大限度地降低功耗和价格。 AD8011运算放大器驱动AD876 A / D的应用显示了新一代IC的优势和实际问题。

高速开关电容A / D架构要求用户了解一套独特的IC设计接口电路时的问题。最佳接口取决于应用是否仅需要低失真和杂散（动态特性），低噪声或两者低噪声和低失真。

• 整个信号链（处理信号的一系列功能元件）必须优化总谐波失真（THD）和无杂散动态范围（SFDR）等规范的系统 - 例如，通信系统 - 通常涉及频谱分析或处理。输入信号在样本之间以相对小的增量变化;信号内容被限制在<奈奎斯特频率（即采样率的1/2）。

• 专注于噪声性能的系统可能牺牲THD和SFDR增加动态范围（SNR）。虽然失真规范在这些低噪声应用（例如基于CCD的成像）中可能不那么重要，但可能需要宽带宽和快速瞬态响应以确保快速稳定。

• 数据采集系统，如DSO-数字采样示波器 - 代表需要低功率和低功率的应用。失真和宽动态范围（SNR）。除电压和电流噪声外，相噪声（如孔径抖动产生的噪声）也值得关注。这些系统通常处理各种信号，执行频谱信号处理和处理大规模瞬变（通常来自多路复用前端）。

驱动开关电容ADC输入：每个时钟周期，AD876的输入保持电容必须充电至新的输入电压。输入驱动器必须提供的电荷量取决于 hold 电容上存储的电压与前一次转换之间的电压差，以及当采样时钟从转换时施加到A / D的电压之间的差值高（保持模式）到低（曲目）。该差异越小，所需的增量电荷越少。另一方面，对于转换之间的全面更改，输入驱动器必须提供大量的电荷增量。图2电路采用AD8011驱动AD876，说明了性能选择。无论运算放大器本身如何配置，添加串联电阻（可能还有并联电容）都可以提高运算放大器/转换器对的性能。

检查选择最佳值的一些注意事项针对特定应用的电阻和电容，AD8011的增益配置为+2（带宽约为180 MHz），并如图所示连接到AD876输入。

图3a显示了测试信号：顶部迹线是AD8011的模拟输入，即1-p p-p方波。底部走线是AD876采样时钟。当时钟为低时，SHA跟踪输入;当它变高时，A / D的SHA切换到Hold。请注意，AD876必须在每次转换时获得输入电压的满量程变化;这种情况对AD8011提出了最严格的要求，因为它必须在每个转换周期内提供最大量的电荷。 AD8011无法立即提供电荷差异，因此在A / D采样时钟转换期间转换器的输入会出现瞬变。

图3b显示了输入方波时的瞬态电压在扩展的比例（上图）上，它是正向偏移，具有25ns的跟踪模式时钟脉冲。较小的上升沿保持瞬态是不重要的;它发生在下一个样本拍摄之前很久。当ADC获得满量程电荷变化时，下降沿瞬态电压约为-114 mV;恢复和稳定至0.1％（10位或2 mV）必须在跟踪模式脉冲的持续时间内和上升沿之前进行 - 此时，使用100Ω电阻在20 ns内发生。对于20 MSPS采样率（50％占空比），恢复必须在25 ns内。较慢的放大器可用于较低的采样率。

串联电阻有助于：大多数应用受益于AD8011输出与AD876的VIN引脚之间的串联电阻隔离AD806的输出电平来自AD876的输入电容，并限制运算放大器必须提供的峰值电流。低至33Ω（图4a）大大降低了THD（从-47到-64 dB）并增加了SNR（从58到60 dB）和SFDR（从48到68 dB）;由于非线性容性负载，可以使用高达500Ω而不会增加失真。小串联电阻也可以改善稳定时间;如果没有它，ADC的容性负载直接施加在放大器的输出端会导致放大器的响应达到一些峰值并降低建立时间。但增加电阻 - 考虑到ADC的输入电容，电流和任何增加的电容 - 通过低通滤波减小了带宽。 500Ω和20 pF的-3 dB频率约为16 MHz。

分流电容限制噪声：AD876的全功率带宽至少为150 MHz，更大的噪声带宽。频率> 1/2的采样率的宽带输入噪声将混叠回基带，并将降低数字化信号的SNR。对于对噪声敏感的应用，带有串联电阻的并联电容（图2）可对AD876输入端的高频外部噪声进行滤波。

图4b显示了使用100Ω串联电阻和各种并联电容的噪声和失真。 SFDR相对不受影响，保持在66至68 dB的范围内。然而，对于50 pF至200 pF范围内的电容，THD显着增加（从-65到-62 dB）并且SNR显着降低（从59降至52 dB）。降低的SNR是由于未完全稳定的保持到轨道瞬态的毛刺引起的高次谐波混叠引起的;它们在4b的条件下在AD876输出端的基带信号中显示为噪声。

对于更高的并联电容值，SNR大大提高，但是以带宽为代价。使用（例如）200 pF时，整个系统的-3 dB带宽降低到大约8 MHz - 输入信号中的任何快速瞬变都不会在单个转换周期内达到10位精度。

使用R系列和分流器C来优化系统行为时，重要的是要考虑应用程序的目标。如果动态性能在很宽的输入频率范围内都是最重要的，那么最好使用100Ω串联电阻将并联电容保持在20 pF以下。如果要优化噪声性能，请考虑更长的RC时间常数以及是否可以以低噪声交换瞬态响应。在任何情况下，当在AD876采样时钟的采样保持转换之前给定输入时间达到10位精度时，会出现最佳性能。请记住，AD8011非常安静，可以在较早阶段对宽带噪声进行滤波，而无需担心AD8011噪声会降低SNR。