驅動高精度模數(shù)轉換器

市場對工業(yè)應用的需求與日俱增，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是其中的關鍵設備。它們通常用于檢測溫度、流量、液位、壓力和其他物理量，隨后將這些物理量對應的模擬信號轉換為高分辨率的數(shù)字信息，再由軟件做進一步處理。此類系統(tǒng)對精度和速度的要求越來越高。

這些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由放大器電路和模數(shù)轉換器（ADC）組成，其性能對系統(tǒng)具有決定性的影響。然而，ADC的輸入驅動器也會影響整體精度。該驅動器用于緩沖和放大輸入信號。此外，還必須增加偏置信號或生成全差分信號，以覆蓋ADC 的輸入電壓范圍并滿足其共模電壓要求，在此過程中不得改變原始信號?？删幊淘鲆鎯x表放大器（PGIA）通常用作輸入驅動器。在本文中，我們提出了一種輸入驅動器和ADC 的組合，通過這種組合可以實現(xiàn)非常精確的轉換結果，從而構建高質量的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

例如，LTC6373 就是一款適用于高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的PGIA。除了全差分輸出，它還具有高直流精度、低噪聲、低失真（見圖2）以及4 MHz 的高帶寬，增益為1/4~16。通過它可以直接驅動ADC，因此適合許多信號調理應用。

圖1 中的電路顯示了使用LTC6373 驅動精密ADC 的示例，ADC 是具有1.8 MSPS 的20 位分辨率的AD4020。

在該電路中，LTC6373 在輸入端和輸出端直流耦合，因而不需要使用變壓器驅動ADC。增益可通過引腳A2/A1/A0 在（0.25~16）V/V 之間進行設置。

在圖1 中，LTC6373 采用差分輸入至差分輸出配置和±15 V 對稱電源電壓?；蛘?，輸入也可以是單端輸入，而輸出仍然是差分輸出。

圖1 驅動精密ADC的電路示例

在圖1中，輸出共模電壓通過VOCM引腳設置為VREF/2。這樣就可實現(xiàn)LTC6373 的輸出電平轉換。LTC6373 的每個輸出在0 V~VREF 之間變化，因此在ADC 輸入端有1 個2×VREF 幅度的差分信號。LTC6373 的輸出端和ADC 輸入端之間的RC 網(wǎng)絡形成1 個單極點低通濾波器，它可降低在ADC 輸入端切換電容時產(chǎn)生的電流毛刺。同時，低通濾波器限制了寬帶噪聲。

圖2 顯示了LTC6373 的信噪比（SNR）和總諧波失真（THD），其在整個輸入電壓范圍（10 V p-p）內(nèi)驅動AD4020 SAR ADC（高阻態(tài)模式）。在吞吐量為1.8 MSPS，濾波器電阻（RFILTER）為442 Ω 時可獲得比較滿意的效果。在1 MSPS 或0.6 MSPS 時，建議RFILTER 為887 Ω。

LTC6373 可驅動大多數(shù)具有差分輸入的SARADC，不需要另外增加ADC 驅動器。但是，在某些應用中，在LTC6373 和精密ADC 之間可以使用單獨的ADC 驅動器來進一步提高信號鏈的線性度。

圖2 使用LTC6373驅動AD4020的SNR（上）和THD（下）性能

結束語

圖1 所示的電路針對快速、高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行了優(yōu)化。因此，LTC6373 的出色特性有助于對傳感器輸出信號進行信號調理。借助在線工具ADIPrecision Studio，特別是其中包含的ADC 驅動器工具，ADI 公司可以為此類放大級、濾波器和線性電路設計提供更多支持。

作者簡介：Thomas Brand于2015年加入德國慕尼黑的ADI公司，當時他還在攻讀碩士。畢業(yè)后，他參加了ADI公司的培訓生項目。

2017年，他成為一名現(xiàn)場應用工程師。Thomas為中歐的大型工業(yè)客戶提供支持，并專注于工業(yè)以太網(wǎng)領域。他畢業(yè)于德國莫斯巴赫的聯(lián)合教育大學電氣工程專業(yè)，之后在德國康斯坦茨應用科學大學獲得國際銷售碩士學位。

聯(lián)系方式：thomas.brand@analog.com。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志社2021年6月期）