输入放大器的选择标准在很大程度上取决于数据采集系统的输入信号类型和性能目标。在选择合适的放大器来驱动 ADC 输入时,需要考虑的一些关键放大器规格包括:
- 小信号带宽。在满足系统的功率预算后,选择尽可能高的输入放大器小信号带宽。较高的带宽可降低放大器的闭环输出阻抗,从而使放大器能够更轻松地驱动 ADC 输入端的 ADC 采样保持电容器和 RC 滤波器(电荷反冲滤波器)。在驱动电荷反冲滤波器的容性负载时,更高带宽的放大器可提供更快的稳定时间,从而减少较高输入频率下的谐波失真。为了保持输入驱动器电路的整体稳定性,请选择具有单位增益带宽 (UGB) 的放大器,如方程式 17 中所述:
方程式 17.
- 失真。ADC 和输入驱动器在数据采集块中引入失真。如方程式 18 中所示,为了确保数据采集系统的失真性能不受前端电路的限制,输入驱动器的失真必须至少比 ADC 失真小 10dB。
方程式 18.
- 噪声。前端放大器的噪声影响必须尽可能低,以防止系统的 SNR 性能下降。通常情况下,为了确保数据采集系统的噪声性能不受前端电路的限制,来自前端电路的总噪声影响必须保持在 ADC 输入基准噪声的 20% 以下。通过设计低截止频率电荷反冲滤波器,可对输入驱动电路产生的噪声进行带限处理,如方程式 19 中所述。
方程式 19.
其中:
- V1 / f_AMP_PP 是峰值间闪烁噪声,单位为 μV
- en_RMS 是放大器宽带噪声密度,单位为 nV/√Hz
- f–3dB 是电荷反冲滤波器的 3dB 带宽
- NG 是前端电路在缓冲器配置中等于 1 的噪声增益
- 趋稳时间对于多路复用应用中常见的具有快速瞬变的直流信号,输入信号必须在采集时间窗口内在器件输入处稳定在 16 位精度范围内。此条件对于保持 ADC 的整体线性性能至关重要。通常,放大器数据表指定的输出稳定性能仅高达 0.1% 至 0.001%,这对于所需的 16 位精度并非总是足够。因此,在选择放大器之前,请务必通过 TINA-TI SPICE 仿真验证输入驱动器的稳定行为。