【導(dǎo)讀】面對(duì)當(dāng)今傳感器所產(chǎn)生的多種輸出電壓擺幅，匹配傳感器輸出和 ADC 輸入范圍往往很難。本文為不同變化范圍的差分、單端、單極性和雙極性信號(hào)提供簡(jiǎn)便但高性能的 ADC 輸入驅(qū)動(dòng)器解決方案，可采用采用多種單端信號(hào)驅(qū)動(dòng)低功率、1Msps、±2.5V 差分輸入、16 位 ADC。
本文的所有電路採(cǎi)用了 LTC2383-16 ADC 單獨(dú)工作或與 LT6350 ADC 驅(qū)動(dòng)器一起工作來(lái)實(shí)現(xiàn) 92dB SNR。LTC2383-16 是一款低噪聲、低功率、1Msps、16 位 ADC，具備 ±2.5V 的全差分輸入范圍。LT6350 是一款軌至軌輸入和輸出的、低噪聲、低功率單端至差分轉(zhuǎn)換器/ADC 驅(qū)動(dòng)器，具備快速穩(wěn)定時(shí)間。運(yùn)用 LT6350，0V 至 2.5V、0V 至 5V 和 ±10V 的單端輸入范圍可以很容易轉(zhuǎn)換為 LTC2383-16 的 ±2.5V 全差分輸入范圍。
全差分驅(qū)動(dòng)
圖 1 顯示了用于本文所述所有電路的基本構(gòu)件。該基本構(gòu)件用于至 LTC2383-16 模擬輸入的DC 耦合全差分信號(hào)。電阻器 R1、R2 和電容器 C1 將輸入帶寬限制到大約 500kHz。電阻器 R3 和 R4 減輕 ADC 輸入采樣尖峰的影響，該尖峰可能干擾傳感器或 ADC 驅(qū)動(dòng)器輸入。
圖 1：全差分驅(qū)動(dòng)電路
這個(gè)電路對(duì)于具備低阻抗差分輸出的傳感器很有用。驅(qū)動(dòng) AIN+ 和 AIN– 的共模電壓必須等于 VREF/2，以滿足 LTC2383-16 的共模輸入范圍要求。
圖 1 中的電路可以是 AC 耦合的，以在必要時(shí)，使 ADC 輸入的共模電壓與傳感器相匹配。只需通過(guò)一個(gè) 1k 電阻器將AIN+ 和 AIN– 偏置到 VCM (VCM=VREF/2)、通過(guò)一個(gè) 10µF 電容器將傳感器輸出耦合到AIN+ 和 AIN– 即可，如圖 2 所示。
圖 2：AC 耦合全差分驅(qū)動(dòng)電路
當(dāng)驅(qū)動(dòng) LTC2383-16 這類(lèi)低噪聲、低失真 ADC 時(shí)，選擇合適的組件對(duì)保持高性能是至關(guān)重要的。這些電路中使用的所有電阻器的值都相對(duì)較低。這可保持較低的噪聲和較短的穩(wěn)定時(shí)間。建議使用金屬薄膜電阻器，以減小由自熱引起的失真。C1 采用的是 NPO 電容器，因?yàn)檫@類(lèi)電容器的電壓系數(shù)較低，從而可最大限度地減小失真。
單端至差分的轉(zhuǎn)換
當(dāng)然，不是所有傳感器的輸出都是差分的。以下是一些用單端信號(hào)驅(qū)動(dòng) LTC2383-16 的方法。
0V 至 2.5V 單端輸入
圖 3 所示電路將 0V 至 2.5V 單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為全差分 ±2.5V 信號(hào)。這個(gè)電路還具備高阻抗輸入，以便能用大多數(shù)傳感器輸出直接驅(qū)動(dòng)該電路。如圖2 所示，通過(guò) AC 耦合的VIN，VIN 端的共模電壓可以與 ADC 匹配。第二個(gè)放大器的共模電壓在 LT6350 的 +IN2 引腳處設(shè)定。圖 4 中的 32k 點(diǎn) FFT 顯示運(yùn)用圖 3 所示電路時(shí) LTC2383-16 與 LT6350 合起來(lái)的性能。所測(cè)得的 92dB SNR 和 -107dB THD 與 LTC2383-16 的典型數(shù)據(jù)表規(guī)格參數(shù)緊密匹配。這表明，在信號(hào)通路中插入單端至差分轉(zhuǎn)換器后，即使引起 ADC 規(guī)格參數(shù)劣化，裂化程度也是極小的。
圖 3：?jiǎn)味酥敛罘洲D(zhuǎn)換器
圖 4：圖 3 電路的 FFT
AMPLITUDE：幅度
下頁(yè)內(nèi)容：0V 至 5V 單端輸入和±10V 單端輸入
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0V 至 5V 單端輸入
如果需要較寬的輸入范圍，那么可以驅(qū)動(dòng) LT6350 的負(fù)輸入，從而允許由 LT6350 的第一級(jí)衰減輸入電壓。圖 5 所示電路將 0V 至 5V 單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為 ±2.5V 的差分信號(hào)，該差分信號(hào)驅(qū)動(dòng) LTC2383-16 的輸入。這個(gè)電路的輸入阻抗等于 R7。增大 R7 的值會(huì)提高輸入阻抗，從而使驅(qū)動(dòng)更加容易。這么做的代價(jià)是，如果 R7 增大到高于 4.99k，那么噪聲和失真會(huì)略有提高，如表 1 所示。
圖 5：0V 至 5V 單端驅(qū)動(dòng)器
表 1：0V 至 5V 驅(qū)動(dòng)器的噪聲和失真隨輸入電阻的變化
±10V 單端輸入
有些傳感器提供高于和低于地的輸出電壓。圖 6 所示電路將 ±10V 的地參考單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為 ±2.5V 差分信號(hào)，該差分信號(hào)驅(qū)動(dòng) LTC2383-16 的輸入。輸入阻抗仍然由 R7 設(shè)定。表 2 顯示了圖 6 電路的噪聲和失真隨輸入阻抗的變化。
圖 6：±10V 單端驅(qū)動(dòng)器
表2：采用 ±10V 驅(qū)動(dòng)器時(shí)噪聲和失真隨輸入電阻的變化
