閃光的未必都是金子！仔細閱讀相關(guān)數據手冊數據，正確選擇部件

應用工程師經(jīng)常會(huì )重復回答不同客戶(hù)提出的相同問(wèn)題,尤其是客戶(hù)針對應用進(jìn)行器件選型相關(guān)咨詢(xún)時(shí)。我們注意到客戶(hù)進(jìn)行器件選型時(shí)有一個(gè)誤區,他們往往過(guò)于依賴(lài)數據手冊中的所謂“數據表”。我是說(shuō)令人心動(dòng)的規格?！巴?那個(gè)ADC的信噪比好高!”這就是客戶(hù)面對高信噪比ADC時(shí)的反應,他只注意到這個(gè)比較突出的特性,卻忘記考慮其他重要的數據規格。接下來(lái)我們還會(huì )談到其他常見(jiàn)的問(wèn)題,以及如何為您的應用選擇合適的器件。

我最近遇到一個(gè)客戶(hù)案例,他需要一個(gè)適合地震和振動(dòng)相關(guān)應用的ADC。他知道自己需要一個(gè)具有高信噪比(SNR)和良好總諧波失真(THD)的ADC,并且認為信噪比高于110 dB就可以。由于振動(dòng)傳感器會(huì )輸出不斷變化的交流電壓信號并疊加于直流電壓信號上,因此我們需要一個(gè)高性能、高分辨率ADC,它必須具有高信噪比才能正確獲取數字信號,而不會(huì )受到振動(dòng)相關(guān)應用中噪音的太大影響?？蛻?hù)在選擇器件時(shí),通常是在第三方網(wǎng)站根據需求進(jìn)行參數搜索來(lái)篩選出一些器件,然后只查看每個(gè)產(chǎn)品的主頁(yè)及其產(chǎn)品說(shuō)明,隨之就會(huì )被數據手冊中描述產(chǎn)品亮點(diǎn)的第一頁(yè)所吸引。通常,數據手冊的內容要復雜得多,除了首頁(yè)亮點(diǎn)之外,還需要進(jìn)行深入的研究。這位客戶(hù)也看了ADI的一款精密ADC AD7768 的首頁(yè),發(fā)現它的信噪比只有108 dB(動(dòng)態(tài)范圍和信噪比都反映了有效值噪聲,由于它們成正比,幾乎可以同等對待)。

圖1.ADI的一款精密ADC(AD7768/AD7768-4)數據手冊的首頁(yè)。

這位客戶(hù)的反應是,“哦!這款ADC絕對不適合我的應用。它的信噪比只有108 dB!”繼續往下滾動(dòng),他發(fā)現另一個(gè)表格,如圖2所示,其中顯示了兩個(gè)不同濾波器的信噪比。

圖2.AD7768/AD778-4的技術(shù)規格表

他總結道:“好吧...我可以使用sinc5濾波器來(lái)得到111 dB信噪比。但我最近從另一家公司看到了另一款產(chǎn)品,它的信噪比高于115 dB,我應該選擇后者?！?/p>

等一下!這樣比較是錯誤的。在確定ADC運行速度的輸出數據速率(ODR)和確定分辨率以及輸出噪聲的信噪比之間存在取舍關(guān)系。1 ODR越高,信噪比越小,反之亦然。因此,每個(gè)ODR對應于一個(gè)信噪比值。首先一定要確定所需的輸出速率,然后根據相應的信噪比值比較ADC。這位客戶(hù)將一個(gè)在256 kSPS下信噪比為108 dB的器件和ODR僅為1 kSPS時(shí)信噪比超過(guò)115 dB的另一個(gè)器件進(jìn)行比較。因此,雖然基于首頁(yè)數據,看起來(lái)一種產(chǎn)品比另一種產(chǎn)品的信噪比要低,后者更適合特定應用。但是,這樣比較數據并不準確。

從圖3中可以看到,隨著(zhù)ODR增加,有效值噪聲也增加,并影響數字信號值,從而降低其信噪比。圖4顯示AD7768數據手冊中的一個(gè)屏幕截圖,可以看到,寬帶和sinc5濾波器配置在1 kSPS ODR下的信噪比分別是123.88 dB和126.89 dB,遠遠高于在該ODR下競爭器件的信噪比。

圖3.輸出數據速率與有效值噪聲

圖4.AD7768/AD7768-4的噪聲性能和ODR。

選擇器件之前必須謹記以下幾點(diǎn)：

★   務(wù)必選擇適用于工作條件的相關(guān)規格。在確定哪款器件適合之前,一定要比較VREF、VDD、功耗、工作模式、工作溫度范圍和一些其他規格。信噪比值本身取決于以上所有參數,必須根據應用要求來(lái)確定這些參數,不能僅憑數據手冊的第一頁(yè)來(lái)選擇信噪比值。圖5顯示在不同的VREF電壓和不同溫度下,AD7768的有效值噪聲以及信噪比值有何不同(有效值噪聲與信噪比成反比)。其他參數也有類(lèi)似的不同。

圖5.(a) 有效值噪聲與溫度,(b) 不同VREF值的每通道有效值噪聲。

★   數據手冊中不會(huì )提供所有VREF、ODR等的相關(guān)值,這意味著(zhù),我們必須從給出的信息中推斷出數據來(lái)獲得所需值。

★   選擇器件時(shí)務(wù)必謹慎。典型值與最小值和最大值不同。雖然大多數情況下可以預期達到典型值,但如果應用對給定參數的最小值和最大值敏感,就必須考慮值的整個(gè)范圍。

再舉一個(gè)常見(jiàn)但可避免誤解的例子。圖6 (a)和圖6 (b)分別顯示 LTC6268 和 ADA4530-1 數據手冊的第一頁(yè)。

圖6.(A) LTC6268數據手冊的第一頁(yè),(b) ADA4530-1數據手冊的第一頁(yè)。

當客戶(hù)在添加高阻抗源后需要使用放大器作為下一級時(shí),他們大多會(huì )考慮輸入偏置電流非常低的放大器。理想情況下,沒(méi)有電流進(jìn)入運算放大器的輸入端。但實(shí)際操作中,始終會(huì )有兩個(gè)電流IB+和IB-流入運算放大器的輸入端。這些稱(chēng)為輸入偏置電流。對于高阻抗源,應選擇輸入偏置電流較小的放大器以避免其輸入級產(chǎn)生壓降。LTC6268和ADA4530-1以“超低偏置電流FET輸入運算放大器”和“飛安輸入偏置電流放大器”的產(chǎn)品名在市場(chǎng)上銷(xiāo)售。粗略地瀏覽一下它們數據手冊的第一頁(yè),如圖6所示,可以看到,在室溫下,LTC6268有3 fA,而ADA4530-1有20 fA,這可能會(huì )使客戶(hù)認為前者更適合低輸入偏置電流需求。由于數據手冊各不相同,LTC6260的第一頁(yè)列出了典型偏置電流,而ADA4530-1數據手冊的第一頁(yè)并未列出典型偏置電流,而是列出了最大偏置電流。再次強調,典型值與最小值和最大值不同!如果應用對這些值很敏感,則我們應考慮最壞情況下的最小值和最大值,而不是典型值。

圖7.(a) LTC6268的技術(shù)規格,(b) ADA4530-1的技術(shù)規格。

圖7顯示LTC6268和ADA4530-1的技術(shù)規格?？梢钥吹?盡管兩款器件的最大輸入偏置電流額定值相同(±20 fA),但ADA4530-1的典型值小于1 fA,比LTC6268的3 fA偏置電流好得多。但這個(gè)數字并沒(méi)有在A(yíng)DA4530-1數據手冊的第一頁(yè)突出顯示。因此,需要仔細閱讀數據手冊。盡管ADA4530-1的典型輸入偏置電流特性更好,但這些器件的其他特性可能有所不同,僅憑這個(gè)特性并不足以確定哪款器件更優(yōu)。

總之,我想強調這樣一個(gè)事實(shí),一定要先確定應用的工作條件,然后尋找適合其用途的規格。有時(shí),數據手冊的首頁(yè)或標題可能突出顯示某些其他規格和工作條件的特性,在這種情況下,我們必須仔細閱讀數據手冊,謹慎地選擇適合我們需求的規格。在選擇器件之前,我們還應確定我們產(chǎn)品的功率預算,因為肯定能找到具有出色特性和規格的器件,但可能相應的成本較高,功耗也高。

參考文獻

1 “ 第20章:模數轉換 。 ”ADI公司,2013年9月。

作者簡(jiǎn)介

Tejaswini Anand是ADI公司中央應用中心(CAC)團隊的一名產(chǎn)品應用工程師。她對系統設計很感興趣,并研究ADI的各種產(chǎn)品組合及其應用和特性。Tejaswini于2019年畢業(yè)于印度班加羅爾拉什特里亞.維德亞拉揚工程學(xué)院(R.V. College of Engineering),成為一名電子通信工程師。她曾參加各種國家級機器人比賽和黑客馬拉松,并在一些比賽中獲獎。