CN0277 针对交流性能优化的18 位、5 MSPS 数据采集系统

CN0277 AD7961是一款16位、5 MSPS PulSAR®差分ADC，与AD7960 PulSAR®系列引脚兼容，因此如果只要求具有16位性能时， 可代替图1电路中的AD7960使用。AD7960系列支持4.096 V 或5 V外部基准电压源。EVAL-AD7960FMCZ板允许通过跳 线选择 ADR4540 (4.096 V) 或 ADR4550 (5 V) 。 连接基准电压源的各种选项可通过AD7960的EN[0:3]使能 引脚控制，如AD7960数据手册中所述。若需0 V至5 V输入 范围，则ADR4550基准电压源可与 AD8031 基准电压源缓冲器一同使用。可以通过将AD7960的使能引脚设为EN[0:3] = ‘X001’ or ‘X101’实现。 如果需要，ADA4897-1和AD8031单通道运算放大器可用它 们的双通道版本(分别为ADA4897-2和 AD8032)来替代。 如需获得最佳的噪声和失真性能，则必要时可在电路中使 用具有单位增益稳定、超低失真、1 nV/√Hz电压噪声的运算 放大器ADA4899-1 (15 mA)代替ADA4897-1。 我们开发了 EVAL-AD7960FMCZ 评估板来评估和测试AD7960 ADC。为了测试图1中的电路，使用两个ADA4897-1运算放大器驱动AD7960。 EVAL-AD7960FMCZ用户手册UG-490提供详细的原理图和用户指南。该文档描述如何运行本电路笔记中涉及的AC/DC测试。 请注意， 用户可采用外部双电源， 选择性为EVALAD7960FMCZ板上的输入放大器提供+7 V和−2.5 V电源。 测试设置的功能框图如图5所示，而评估板的照片如图6所示。 设备要求 为测试该电路，需要如下设备： EVAL-AD7960FMCZ 评估板和软件 系统演示平台 ( EVAL-SDP-CH1Z) 板 一个低失真信号发生器，如Agilent 81150A或Audio Precision SYS2702 带USB 2.0端口的PC，运行Windows® XP、Windows Vista 或Windows 7(32位或64位) 12 V直流壁式电源适配器(包括在EVAL-SDP-CH1Z板中) USB接口电缆(1)和SMA电缆(1)   图5. 测试设置功能框图   图6. EVAL-AD7960FMCZ板连接EVAL-SDP-CH1Z板   ADA4897-1是驱动高精度、18位、5 MSPS SAR ADC AD7960 的理想选择。ADA4897-1是一款低噪声(1 nV/√Hz典型值)和 低功耗(3 mA)轨到轨输出放大器，带宽为230 MHz，压摆率 为120 V/μs，0.1%建立时间为45 ns。 ADA4897-1运算放大器的输入信号经820Ω/100 pF网络过滤，该网络带宽为2 MHz。针对AD7960 ADC输入的额外过滤由33Ω/56 pF网络提供，该网络带宽为86 MHz。后一个滤波器有助于降低来自AD7960容性DAC输入的反冲，并限制进入AD7960输入端的噪声。 电路使用+7 V和-2.5 V电源，用于ADA4897-1驱动器的输入，以最大程度降低功耗，实现最佳系统失真性能。ADA4897-1具有轨到轨输出级，可摆幅至每供电轨的150 mV以内。+7 V和−2.5 V电源提供的额外裕量具有出色的失真性能。 AD7960差分输入范围由5 V或4.096 V外部基准电压源设置。图1中，5 V基准电压源由 ADR4550提供，该基准电压源具有 高精度、低功耗(950μA最大工作电流)、低噪声特性，最大初始误差为±0.02%，提供出色的温度稳定性和低输出噪声性能。 AD8031用于缓冲外部基准电压源和AD7960的共模输出电压，适合各种应用，从高带宽电池供电系统到元器件密度要求具有更低功耗的高速系统。AD8031具有大容性负载稳定性，可驱动去耦电容，用于最大程度降低瞬态电流引起的电压尖峰。 AD7960数字接口使用低电压差分信号(LVDS)实现高数据传输率。用户必须对AD7960施加LVDS CLK+/CLK− 信号，才能向数字主机传输数据。 AD7960是一款5MSPS、18位转换器，具有±0.8 LSB INL、±0.5 LSB DNL、100 dB DR，功耗仅为46.5 mW。如图1所示，AD7960采用+5 V (VDD1)和+1.8 V(VDD2、VIO)电源。使用 ADP7104 和 ADP124等LDO可产生所需的5 V和1.8 V电源。 AD7960可将一对反相模拟输入信号(IN+和IN−)的差分电压转换为数字输出信号。模拟输入IN+和IN−要求共模电压等于基准电压的一半。低噪声、低功耗放大器AD8031缓冲来自低噪声、低漂移ADR4550的+5V基准电压，还可缓冲AD7960的共模输出电压(VCM)。ADA4897-1配置为单位增益缓冲器，以0 V至5 V相位相反的差分对(180°反相)驱动AD7960的输入。图2显示典型积分非线性与AD7960输出代码的函数关系，并位于±0.8 LSB的规格范围内(采用5 V外部基准电压源)。 图2. AD7960典型积分非线性与输出代码的关系(5 V基准电压源)   直方图与FFT性能 图3中的直方图以及图4中的FFT曲线显示该电路的精密性能，采用5 V外部基准电压源。使用EVAL-AD7960FMCZ评估板获取数据，使用Audio Precision SYS-2702作为信号源。 图3. 典型直方图(5 V基准电压源)   图4. 1 kHz、−0.5 dBFS输入音FFT(5 V基准电压源)   欲查看完整原理图和印刷电路板的布局，请参见CN-0277设计支持包：www.analog.com/CN0277-DesignSupport CN0277 针对交流性能优化的18 位、5 MSPS 数据采集系统 图1中的电路是一款完整的18位、5 MSPS、低功耗、低噪声、高精度数据采集信号链解决方案，功耗仅122 mW。基准电压源、基准电压源缓冲器、驱动放大器和ADC提供优化解决方案，具有业界领先的99 dB SNR和−117 dB THD。由于具有功耗低和PCB尺寸小的特点，该电路适合便携式应用。 图1. 18位、5 MSPS信号链(未显示所有连接和去耦)   CN0277 CN0277 | circuit note and reference circuit info 针对交流性能优化的18 位、5 MSPS 数据采集系统 | Analog Devices 图1中的电路是一款完整的18位、5 MSPS、低功耗、低噪声、 高精度数据采集信号链解决方案，功耗仅122 mW。基准电 压源、基准电压源缓冲器、驱动放大器和ADC提供优化解 决方案，具有业界领先的99 dB SNR和−117 dB THD。由于具 有功耗低和PCB尺寸小的特点，该电路适合

• 18 位、5 MSPS 数据采集
• 低功耗
• LVDS 输出

(analog)