16位、100 kSPS逐次逼近型ADC系統(tǒng)

連接/參考器件

　　AD7988-1 16位、100 kSPS PulSAR ADC

　　AD8641低功耗、軌到軌輸出精密單通道JFET運算放大器

　　ADR435超低噪聲XFET 5.0 V基準電壓源，具有吸電流和源電流能力

　　評估和設(shè)計支持

　　電路評估板

　　CN-0306電路評估板（EVAL-CN0306-SDPZ）

　　系統(tǒng)演示平臺（EVAL-SDP-CB1Z）

　　設(shè)計和集成文件

　　原理圖、布局文件、物料清單

　　電路功能與優(yōu)勢

　　圖1中的電路采用16位、100 kSPS逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）系統(tǒng)，集成驅(qū)動放大器，針對最高1 kHz輸入信號和100 kSPS采樣速率、功耗低至7.35 mW的系統(tǒng)而優(yōu)化。

　　這種方法對于便攜式電池供電、要求低功耗的多通道應(yīng)用極為有用。它還為那些兩次轉(zhuǎn)換突發(fā)之間的大部分時間ADC都處于空閑狀態(tài)的應(yīng)用提供了優(yōu)勢。

　　通常，選擇高性能逐次逼近型ADC的驅(qū)動放大器處理寬范圍的輸入頻率。然而，當某個應(yīng)用需要更低的采樣速率時，便可節(jié)省大量功耗，因為降低采樣速率會相應(yīng)地降低ADC功耗。

　　若要完全利用通過降低ADC采樣速率使功耗下降的優(yōu)勢，則需要使用低帶寬、低功耗放大器。例如，推薦80 MHz的ADA4841-1運算放大器（10 V時功耗為12 mW）與AD7988-1 16位逐次逼近型寄存器（SAR） ADC（100 kSPS時功耗為0.7 mW）一同使用。包括ADR435基準電壓源（7.5 V時功耗為4.65 mW）在內(nèi)的總系統(tǒng)功耗在100 kSPS時為17.35 mW.

　　對于最高1 kHz的輸入帶寬和100 kSPS的采樣速率，AD8641 3MHz運算放大器（10 V時功耗為2 mW）可提供出色的信噪比（SNR）和總諧波失真（THD）性能，并且在100 kSPS時可將總系統(tǒng)功耗從17.35 mW降低至7.35 mW,降幅達58%.

圖1. 使用AD8641低功耗放大器驅(qū)動AD7988-1 ADC的系統(tǒng)電路圖（原理示意圖：未顯示所有連接）

　　電路描述

　　該電路包含AD7988-1 ADC、AD8641放大器和ADR435基準電壓源。AD7988-1是一款16位、100 kSPS SAR ADC,其低功耗可隨采樣速率調(diào)整，100 kSPS時功耗為0.7 mW.除了低功耗，它還具有業(yè)界領(lǐng)先的交流性能：SNR = 91 dB,THD = -114 dBc.

　　驅(qū)動放大器采用AD8641低功耗、精密器件，其電源電流為200 μA,增益帶寬積為3 MHz.AD8641可采用5 V至26 V的電源供電。ADC的基準電壓源采用ADR435,這是一款高精度、低噪聲、5 V XFET基準電壓源。低電源電流（620 μA）時，ADR435具有極低的溫度系數(shù)（3 ppm/℃）。100 kSPS時，本電路的總功耗為7.35 mW.信噪比（SNR）為88.5 dBFS,總諧波失真（THD）為-103 dBc,輸入頻率最高為1 kHz.

　　AD8641配置為單位增益緩沖器，并且它與AD7988-1之間有一個截止頻率為93 kHz的RC濾波器（634 Ω，2.7 nF）。濾波器允許使用諸如AD8641等噪聲更高的放大器，在28 nV/√Hz下依然具有低得多的功耗。與ADC的規(guī)格相比，以更高的噪聲換取更低功耗的代價僅是系統(tǒng)的信噪比（SNR）性能下降了2.5 dB.相對于數(shù)據(jù)手冊中推薦的數(shù)值（20 Ω），更高的R值（634 Ω）表示AD8641可以驅(qū)動2.7 nF的大容量輸入電容。更高的R值可將最大輸入帶寬限制為1 kHz,使得失真較低。

　　對于最高1 kHz的輸入，這與AD8641的16位失真性能（THD低于-100 dBc）差不多。超過1 kHz會加劇失真，因此不建議在更高的輸入頻率下使用該電路，而由于較長的建立時間，亦不建議在多路復用器應(yīng)用中使用該放大器。注意，相對于正電源電壓而言，AD8641需要至少2 V的輸入裕量。輸出級以軌到軌方式工作。

　　性能結(jié)果

　　本電路的目的是在最高1 kHz的給定輸入頻率范圍、100 kSPS的采樣速率情況下，以盡可能最低的ADC驅(qū)動器功耗水平提供良好的交流性能。圖2顯示1 kHz輸入信號下的電路性能FFT圖。信噪比（SNR）為88.5 dB,總諧波失真（THD）為-103 dB.相比91 dB的規(guī)格，AD7988-1信噪比（SNR）下降的主要原因是AD8641具有比ADA4841-1的2 nV/√Hz更高的噪聲，為28 nV/√Hz.總系統(tǒng)功耗為7.35 mW,其中：ADC為0.7 mW,放大器為2 mW,基準電壓源為4.65 mW.這說明相對于ADA4841-1的12 mW,它可降低58%的功耗，總系統(tǒng)功耗為17.35 mW.

圖2. 使用AD8641放大器驅(qū)動AD7988-1的系統(tǒng)電路性能