ADC分類(lèi)選擇及其前端配置技術(shù)

*特征

逐次逼近存儲(SAR)轉換器是針對中等采樣速率的中高分辨率應用常用的架構。SARADC分辨率范圍從8位至18位不等，典型速度值低于10MSPS，擁有較低的功率損耗及小外形。SAR轉換器依照與平衡校準類(lèi)似的原理運作。在校準時(shí)，未知重量被置于天平的一端，同時(shí)將已知重量添加置另一端，通過(guò)減少或添加(kept)直至兩端達到完美的平衡。未知重量可通過(guò)添加的已知總量的總數測量得出。在SAR轉換器中，輸入信號是未知量，通過(guò)采樣并保持。該電壓隨后將于連續的已知電壓比較，其結果由轉換器輸出。但與重量測量不同．轉換可通過(guò)電荷再分配技術(shù)在非常短的時(shí)間內完成。

由于SAR AD C需要對輸入信號采樣，并將采樣值保持到轉換完成，其架構并不產(chǎn)生對自然輸入信號的損耗，因此也并不要求輸入信號是連續的。這也使得SAR架構可理想的用于轉換器前置多路復用器的應用，或用于轉換器只需要每幾秒鐘測量一次的應用以及對測量的耐久性有需求的應用。在轉換時(shí)間保持不變得多種情況下，SAR架構的轉換器較之流水線(xiàn)型或厶∑轉換器擁有更短的采樣至轉換延時(shí)。

*應用

SAR轉換器是各類(lèi)實(shí)時(shí)應用的理想選擇，例如工業(yè)控制、電機控制、電源管理、便攜式／電池供電儀表、PDA(個(gè)人數字助理，也稱(chēng)掌上電腦)、測試儀器及數據／信號采集。

2、關(guān)于寬帶ADC前端設計技術(shù)--驅動(dòng)ADC的放大器配置技術(shù)

高性能模數轉換器(ADC)“前端”的輸入配置設計對達到要求的系統性能至關(guān)重要。優(yōu)化總體設計取決于很多因素，包括應用性質(zhì)、系統組成和ADC的結構。以下僅就使用放大器影響ADC前端設計的一些重要的考慮作分析。

2.1首先要說(shuō)明驅動(dòng)模數轉換器的放大器配置技術(shù)的基本理念

數據采集系統通常需要在A(yíng)DC前端前置放大器以緩沖輸入信號。由于采樣及轉換期間的容性充電及切換，使得絕大多數的現代ADC都具有復雜的輸入特征。該操作在A(yíng)DC的輸入端所產(chǎn)生的瞬態(tài)電流將擾亂并扭曲精密的模擬輸入信號。而輸入放大器配置或伺服則可以在存在此類(lèi)電流瞬變時(shí)提供一個(gè)穩定、精確的信號。同時(shí)還可提供增益(或衰減)、電平切換、濾波以及其他信號調節能力。選擇輸入運算放大器需要進(jìn)行多方面考慮。通過(guò)直流精確性選取可大大縮小放大器選擇的范圍。所選的放大器必須具有足夠低的偏置電壓、偏置點(diǎn)電壓漂移、輸入偏置電流、噪聲等等，以滿(mǎn)足精確度的需求。但動(dòng)態(tài)性能的特性的考慮，往往是選擇過(guò)程中最棘手的問(wèn)題。因為放大器必須具有滿(mǎn)足要求的動(dòng)態(tài)信號特性，。如多路數據采集系統要求運算放大器具有卓越的動(dòng)態(tài)性能。

*放大器配置技術(shù)的幾個(gè)指標因素

時(shí)域問(wèn)題--某些應用要求放大器在輸入電壓變化的全刻度范圍內都有精確的響應。例如，多輸入系統的可能出現兩個(gè)相鄰輸入端的輸入電壓信號值都等于滿(mǎn)刻度值的情況。放大器及ADC必須在單個(gè)采樣周期內對此類(lèi)突然的全刻度變化做出響應。

穩定時(shí)間--通常用來(lái)描述放大器對大改變量的輸入信號響應的能力(見(jiàn)圖3所示)輸出電壓與時(shí)間的特性曲線(xiàn)。

圖3

穩定時(shí)間包括了取決于轉換速率的大信號周期以及取決于放大器帶寬的小信號穩定周期。轉換時(shí)間因步長(cháng)不同而各異。盡管只對特定的步長(cháng)作了一般性的規定，但對于其它步長(cháng)的穩定時(shí)間還是可從單步的轉換期段推斷得出。

穩定波形的小信號期段(small-signal portion)受到輸入放大器增益的影響。如果放大器被置為較高的增益，系統帶寬會(huì )下降，從而比例性的增加了穩定波形的小信號期段。

頻域性能--許多ADC都被用于數字化動(dòng)態(tài)波形，例如音頻。在此類(lèi)系統中，快速的全刻度信號階變很少出現，甚至不可能碰到。因此，此類(lèi)系統的優(yōu)劣一般以數字化信號的譜純凈度作為衡量準則。支持此類(lèi)應用的放大器，應帶有所需的防失真性能。許多放大器都采用了THD+N(總諧波失真+噪聲)進(jìn)行詳細標明。當然也存在其它方面的衡量。所有這些衡量都采用純凈正弦波(或合成正弦波)，并測定輸入端不含有，而在輸出端出現的光譜內容。

*放大器配置技術(shù)中的RC網(wǎng)絡(luò )應用

輸入放大器通常通過(guò)RC網(wǎng)絡(luò )連接到ADC，見(jiàn)圖4所示虛線(xiàn)框圖。

圖4

雖然常被稱(chēng)為濾波器，但此類(lèi)網(wǎng)絡(luò )實(shí)際上是因ADC輸入電路而產(chǎn)生的電流脈沖出現時(shí)的一個(gè)伺服”調速輪”(flywheel)。RC網(wǎng)絡(luò )電路的取值同時(shí)取決于放大器及ADC的特性，并經(jīng)常需要針 對特殊應用進(jìn)行優(yōu)化。最適宜的電容一般為ADC輸入電容值的10=+50倍。電阻值的選擇則應當滿(mǎn)足速度或應用需求的帶寬的要求。

3、驅動(dòng)ADC的放大器配置技術(shù)-實(shí)用舉例

3.1為什么選擇放大器，而不選擇變壓器？

放大器的性能限制比變壓器少。如果必須保持直流(DC)電平，就必須使用放大器，因為變壓器是固有的交流(AC)器件。另外，如果需要，變壓器可以提供電流隔離。放大器提供增益比較容易，因為放大器的輸出阻抗實(shí)質(zhì)上與增益無(wú)關(guān)。另一方面，變壓器的輸出阻抗與電壓增益呈平方關(guān)系增加--電壓增益取決于匝數比。放大器在通帶范圍內提供平坦的響應，而沒(méi)有由于變壓器寄生交互作用引起的紋波。