ZHCSF43C May 2016 – April 2026 REF60
PRODUCTION DATA
许多 ADC 数据表会指定从 REF 引脚汲取几微安的平均电流。几乎所有电压基准都能提供这几微安的平均电流;但并非所有电压基准都适合驱动高分辨率、高吞吐量的 SAR ADC,因为在电容器切换到 REF 引脚上时,所汲取的峰值电流可能非常高。最坏情况下对电压基准的需求发生在突发模式转换期间,即 ADC 长时间处于空闲状态,然后再启动转换,并且期望第一个样本的转换结果是精确的。通常,在 ADC 的 REF 引脚与接地引脚之间(或者有时在 REFP 与 REFM 引脚之间)连接一个大电容器,以平滑电流负载并减轻电压基准的负担。然后,电压基准必须能够提供为基准电容器充满电所需的平均电流,但不会导致基准电压显著下降。大多数电压基准缺乏给基准电容器充满电的能力,并且由于输出阻抗较大,在二进制加权电容器切换到 REF 引脚上时无法达到稳定状态。通常,在高于 100Hz 的频率下,电压基准的输出阻抗在几十欧姆的量级。电压基准的输出电压必须通过一个低输出阻抗(通常为高带宽)的放大器进行缓冲,才能实现出色的线性和失真性能。
为高精度 ADC 设计基准缓冲器时,需要考虑的关键放大器规格包括:低偏移电压、低漂移、宽带宽和低输出阻抗。虽然有可能找到充分满足所有这些要求的放大器,但这样的放大器会具有过高的功耗。例如,OPA350 是一款 38MHz 带宽的放大器,最大偏移电压为 0.5mV,偏移漂移低至 4µV/°C,但其静态电流消耗为 5.2mA。这是因为(从放大器设计角度来看)偏移和漂移为直流规格,而带宽、低输出阻抗和高电容驱动能力为高频规格。因此,在一个放大器中实现所有这些性能需要消耗大量功率。为了满足低功耗预算,一种更高效的设计是使用复合基准缓冲器:将一个具有优异高频规格的放大器放置在直流精密放大器的反馈环路中,从而以更低的功耗获得这一整体性能。图 8-1 展示了这样一种复合放大器设计,它使用了 OPA333(直流精密放大器)和 THS4281(高带宽放大器)。该基准缓冲器设计需要三个器件以及大量的外部元件。该解决方案仍会消耗接近 2mA 的静态电流。
图 8-1 复合放大器基准缓冲器REF60xx 系列电压基准集成了低输出阻抗缓冲器(ADC 驱动缓冲器);因此,如图 8-2 所示,在驱动高精度、高吞吐量 SAR ADC 的 REF 引脚时,无需外部缓冲器。REF60xx 的 ADC 驱动缓冲器能够在 1µs 内为 47µF 电容器补充 70pC 的电荷,同时确保电容器上的压降在 18 位精度下不超过 1LSB。REF60xx 在生产中在多个温度下进行了修整,实现了最大漂移 5ppm/°C,该漂移同时包含电压基准和缓冲器,而典型静态电流仅为 820µA。图 8-3 比较了常规电压基准 (REF20xx) 与集成 ADC 驱动缓冲器的电压基准 (REF60xx) 的输出阻抗。图 8-4 比较了常规电压基准与 REF60xx 在突发模式下的基准趋稳性能。
图 8-2 REF60xx 驱动 ADS8881 SAR ADC 的 REF 引脚

| 1LSB = 19.07µV,ADS8881 的采样率为 1MSPS |