设计目标
输入 | 输出 | 电源 | |||
---|---|---|---|---|---|
VinDif | Vcmi | VoutDif | Vcmo | Vcc | Vee |
±3.64V | -2.05V 至 5.35V | ±3.64V | +2.048V | 5V | 0V |
设计说明
对于大多数连续逼近型寄存器 (SAR) 模数转换器 (ADC) 而言,优化输入放大器和 RC 滤波器是设计过程中最具挑战性的部分。由于 ADC 输入端存在较大的高频电流瞬态,因此这个问题极具挑战性。对于此类电路,放大器带宽需要足以响应 ADC 的瞬态电荷反冲。RC 滤波器经过调优,以更大限度地减少电荷反冲问题,并且通常不会充当有效的抗混叠滤波器。ADS9218 是一款新型 SAR ADC,其集成了内部高阻抗缓冲器,因此外部驱动电路不再需要响应电流瞬态。此电路的另一个好处是可以调整滤波器和放大器带宽要求,将其用作抗混叠滤波器。本文档中显示的电路配置针对 100kHz 输入信号范围进行了优化。本文档介绍了设计权衡和方法,以便可调整电路运行以满足要求。半导体测试、电池测试和数据采集 (DAQ) 是受益于此 SAR ADC 设计的几个功耗敏感型系统例子。
设计说明
设计步骤
信号链功耗与性能之间的权衡
本文档重点介绍了使用 THS4551 放大器的功耗优化型信号链。此选项可在 IQ 为 1.37mA 条件下,为 100kHz 信号频率提供非常出色的性能。THS4541 可以用来在 1MHz 条件下实现良好的性能,但代价是会增加功耗 (IQ = 10.1mA)。THS4541 选项中使用的电路元件如以下原理图所示。选择这些元件值时,使用了设计说明和设计步骤中给出的相同注意事项。
Spice 模型
这些仿真使用 THS4552 和 ADS9218 的 TINA SPICE 模型。所有仿真中均提供了放大器输出和 ADC 输出。
交流传输特性
放大器的带宽 (432kHz) 由共模和差分输出滤波器(Rx1、Rx2、Cdif、Ccm1 和 Ccm2)设置。此滤波器适用于 TINA Spice 模型 一节中所示的 THS4551 电路。
直流传输特性
下图显示了放大器和 ADC 的直流传输特性。请注意,由于 THS4552 的输出摆幅限制,放大器的输出摆幅约为 ±4.4V。这符合设计步骤 2 的预期摆幅。仿真 ADC 范围限定为 ±3.2V,与该器件的数据表规格相匹配。绝对最大值范围为 AGND-0.3V 至 AVDD+0.3V,在本例中为 –0.3V 至 5.3V。请注意,VinM 和 VinP 不违反绝对最大值规格。
噪声
放大器噪声由放大器的噪声密度、反馈电阻和带宽限制决定。输出滤波器将放大器的噪声限制为 3.7μVRMS。ADS9218 还提供了噪声和带宽限制。噪声仿真表明放大器和 ADC 的总噪声均为 39.7μVRMS。
设计中采用的器件
器件 | 主要特性 | 链接 | 类似器件 |
---|---|---|---|
ADS9218 |
具有全差分 ADC 输入驱动器的双路同步采样 18 位 10MSPS SAR ADC |
www.ti.com.cn/product/cn/ADS9218 | www.ti.com/adcs |
THS4552 | 双通道、低噪声、150MHz 精密全差分放大器 | www.ti.com.cn/product/cn/THS4552 | www.ti.com.cn/opamp |
THS4541 | THS4541 负电源轨输入、轨到轨输出、850MHz 精密全差分放大器 | www.ti.com.cn/product/cn/THS4541 | www.ti.com.cn/opamp |
设计参考资料
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