CN0061: 利用低失真差分ADC驱动器AD8138和双路、4.2MSPS、14位SAR ADC AD7357实现直流耦合、单端至差分转换

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概览

电路笔记PDF, 11/2010 (pdf, 330 kB)
下载英文版PDF, 10/2010 (pdf,  96kB)
优势和特点
  • 单端转差分
  • 带双极性输入的低失真ADC驱动器
  • 4.2MSPS、14位SAR型ADC
此电路中所用产品
    应用: 
  • 仪器仪表
  • 电子测试和测量

电路功能与优势

本文所描述的电路可以对 4.2 MSPS、14位SAR ADC AD7357的双极性输入信号进行直流耦合、单端转差分转换。该电路能够提供充足的建立时间和低阻抗,从而确保AD7357实现最高性能。

图1. AD8138单端至差分转换驱动AD7357的差分输入

电路描述

差分工作要求用两个相位相差180°、幅度相等的信号同时驱动VIN+和VIN−。并非所有应用都会预先调理信号以供差分操作,因此经常需要执行单端至差分转换。对AD7357进行差分驱动的理想方法是采用AD8138之类的差分放大器。该器件可以用作单端转差分放大器或差分转差分放大器。还能提供共模电平转换。图1显示如何将AD8138用作直流耦合应用中的单端转差分放大器。的正负输出端通过一对串联电阻分别与ADC的相应输入端相连,从而将对ADC开关电容输入的负载影响降至最小。这种架构使得输出可以在很宽的频率范围内保持高度平衡,而不需要严格匹配的外部元件。图1中电路的单端转差分增益等于RF/RG, 其中 RF = RF1 = RF2 且RG = RG1 = RG2.

如果所用的模拟输入源具有零阻抗,则所有四个电阻(RG1, RG2, RF1, 和 RF2) 应当相同,如图1所示。例如,如果模拟输入源具有50Ω 阻抗和50 Ω端接电阻,则RG2值应增大25 Ω以平衡输入端的并联阻抗,从而确保正负模拟输入的增益相同。此外RF1 和 RF2也需要略微增大,以补偿因RG1 和 RG2. 增大而导致的增益损失。欲了解端接源状态的完整分析,请参考“教程MT-076”, “差分驱动器分析”ADIsimDiffAmp 交互式设计工具”

AD7357要求驱动器具有非常快的建立时间,因为若要利用串行接口实现4.2 MSPS吞吐量,采集时间就必须非常短。在转换过程中,AD7357前端的跟踪保持放大器在第16个SCLK周期的上升沿进入跟踪模式。ADC驱动器必须在跟踪保持放大器返回保持模式之前建立(对于4.2 MSPS吞吐量、使用80 MHz SCLK的 AD7356 ,二者相隔39 ns)。AD8138的额定建立时间为16 ns,可满足这一要求。

共模电压由AD8138 VOCM引脚上施加的电压设置。在图1中,VOCM连至1.024 V电压,它由AD7357内部2.048 V基准电压源通过分压提供。如果要将AD7357的2.048 V片内基准电压源用于系统中的其它地方,则(如图1所示)REFA或REFB的输出必须先经过缓冲。OP177是基准电压源缓冲的理想选择,其精度性能在目前可用的运算放大器中最高。

请注意,图1中的AD8138采用5 V双电源供电,而AD7357的额定电源电压范围为2.5 V至3.6 V。切记,瞬态或上电情况下决不能超过AD7357的最大输入电压限制(请参考“教程MT-036—运算放大器输出反相和输入过压保护”)。。此外,该电路必须构建在具有较大面积接地层的多层电路板上。为实现最佳性能,必须采用适当的布局、接地和去耦技术(请参考“教程MT-031—实现数据转换器的接地并解开AGND和DGND的谜团”“教程MT-101—去耦技术”以及AD7357评估板 布局)。

常见变化

如需降低成本,可以使用超低失调电压运算放大器OP07D代替OP177。VOS特性外,二者的性能相似。另外还可以选用AD8628AD8638,这两款器件具有非常高的精度和非常低的时间与温度漂移特性。

此电路中所用产品:

产品 描述 可提供样片的产品型号
AD7357 差分输入、双通道、同步采样、4.25 MSPS、14 Bit、逐次逼近型(SAR)模数转换器(ADC) AD7357BRUZ
AD8138 低失真差分ADC驱动器 AD8138ARMZ AD8138ARZ
AD8628 零漂移、单电源RRIO运算放大器 AD8628ARZ AD8628ARTZ-REEL7 AD8628AUJZ-REEL7
AD8638 16V自动调零、低漂移、满摆幅输出精密放大器,采用SOT封装 AD8638ARJZ-REEL7 AD8638ARZ
OP07D 超低失调电压运算放大器 OP07DRZ OP07DNZ
OP177 超精密运算放大器

欲获取样片,请 联系ADI公司

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