简介

高精度运动与传感系统日益依赖紧凑型高精度信号链来采集位置、电流或光功率信息。这些限制因素广泛出现在旋转和线性编码器、机器人、紧凑型伺服驱动器、电流计扫描仪、EDFA 等光学模块以及其他空间受限的工业设计中。在许多这类系统中，前端必须将低失真差分信号（如正弦/余弦位置波形、光电二极管跨阻输出或电流检测反馈）数字化。精密 ADC 与全差分放大器 (FDA) 搭配，常用于获取这些信号，同时保持低噪声、高线性度和极小的电路板面积。

ADS9327 是一款 16 位、5MSPS、双通道同步采样 SAR ADC，内置集成式共模电压 (VCM) 缓冲器。这一功能可提升性能，降低设计复杂度并减小设计尺寸。

稳定共模电压的重要性

稳定的 VCM 可确保这些信号保持在模拟前端线性工作区域内，维持预期的信号形状，并提供抗噪能力。VCM 还必须符合 ADC 的输入要求，以最大化动态范围。对于大多数 SAR ADC，该 VCM 必须精确居中，具有低噪声且低阻抗。如果没有集成缓冲器，设计人员必须使用运算放大器或专用缓冲器从外部生成该 VCM，这会增加成本、电路板面积和潜在误差源。

ADS9327 内部共模电压缓冲器

ADS9327 集成低噪声、低阻抗的共模缓冲器，可直接驱动全差分放大器。这消除了对外部 VCM 驱动器的需求，并带来了诸多系统级优势。传统设计中，工程师通常将提供给放大器的 VCM 输出设置为基准电压的一半，但在单电源设计中，以基准电压的一半作为 VCM 可能导致信号接近放大器的负电源轨，从而产生失真。ADS9327 在默认设置下提供约 2.24V VCM，可使信号远离放大器的负电源轨。VCM 输出可配置为 2.04V 至 2.49V 范围内的八个不同值。这种灵活性可验证完整的 ADC 摆幅能力，同时保持性能完整性。

图 1 外部与内部共模电压缓冲器对比

图 1 比较了使用与不使用 ADS9327 内部 VCM 缓冲器的两条信号链的尺寸差异。左侧 PCB 使用两个 OPA320 器件作为外部缓冲器。一个 OPA320 用作基准缓冲器和分压器，另一个用作全差分放大器的 VCM 缓冲器，使得 PCB 尺寸达到 875mm²。使用 ADS9327 的内部 VCM 缓冲器可省去 OPA320，使设计尺寸缩小 20%。图 2 展示了 PCB 的原理图，表 1 列出了 VCM 的寄存器映射。其中 CH A 部分对应内部 VCM 缓冲器设计所需的 ADS9327 和 THS4552，VCM 部分则对应采用外部 VCM 缓冲器设计的 PCB 中额外的 OPA320 缓冲器。

图 2 信号链原理图

结语

对于设计紧凑、高精度信号链的工程师而言，ADS9327 实现了精度、简洁性与稳健性的完美结合。集成的共模电压缓冲器消除了此类信号链中的一个传统痛点，在降低设计复杂度的同时提升了性能。在现代高精度运动与传感系统中，精度、尺寸和可靠性至关重要，而 ADS9327 系列的这一特性使其成为这类系统的理想之选。