概览

设计资源

设计集成文件

  • 原理图
  • 物料清单
  • Gerber 文件
  • PADS 文件
  • 装配图
下载设计文件 1807 kB

评估硬件

产品型号带"Z"表示符合RoHS标准。评估此电路需要下列选中的电路板

  • EVAL-CN0305-SDPZ ($99.00) A 16-Bit, 300 kSPS Low Power Successive Approximation ADC System with Optimum Low Power Drive Amplifier for Sub-Nyquist Input Signals Up to 4 kHz
  • EVAL-SDP-CB1Z ($99.00) Eval Control Board
查询库存和在线购买

驱动/参考代码

Software such as C code and/or FPGA code, used to communicate with component's digital interface.

AD7988-5参考代码

优势和特点

  • 16位、300kSPS SAR ADC系统
  • 优化低功耗驱动放大器
  • 输入信号最高可达4kHz        

电路功能与优势

图1中的电路是一个16位、300 kSPS逐次逼近型模数转换器 (ADC)系统,其驱动放大器针对最高4 kHz输入信号和300 kSPS 采样速率、10.75 mW低功耗系统而优化。

 

这种方法对于便携式电池供电、要求低功耗的多通道应用 极为有用。它还为那些两次转换突发之间的大部分时间 ADC都处于空闲状态的应用提供了优势。

 

通常,选择高性能逐次逼近型ADC的驱动放大器处理宽范 围的输入频率。然而,当某个应用需要更低的采样速率时,便可节省大量功耗,因为降低采样速率会相应地降低 ADC功耗。

 

若要完全利用通过降低ADC采样速率使功耗下降的优势, 则需要使用低带宽、低功耗放大器。

 

例如,针对最高输入约为100 kHz并搭配 ADA4841-116位逐次 逼近型寄存器(SAR) ADC(500 kSPS时功耗为3.5 mW,300 kSPS 时功耗为2.1 mW)的应用,推荐使用ad7988-5 80 MHz的运 算放大器(10 V时功耗为12 mW)。包括 ADR435 基准电压源 (7.5 V时功耗为4.65 mW)在内的总系统功耗在300 kSPS时为 18.75 mW。

 

对于输入带宽低于4 kHz以及采样速率低于300 kSPS的情况, OP1177 1.3 MHz运算放大器(10 V时功耗为4 mW)可提供出色 的信噪比(SNR)和总谐波失真(THD)性能,并且在300 kSPS时 可将总系统功耗从18.75 mW降低至10.75 mW,降幅达43%。


图1. 使用OP1177低功耗放大器驱动AD7988-5 ADC的系统电路图(原理示意图:未显示所有连接)

电路描述

该电路包含AD7988-5 ADC、OP1177放大器和ADR435基准电压源。AD7988-5是一款16位、500 kSPS SAR ADC,其低功耗可随采样速率调整,500 kSPS时功耗为3.5 mW。除了低功耗,它还具有业界领先的交流性能: SNR = 91 dB,THD = −114 dBc。

驱动放大器采用OP1177低功耗、精密器件,其电源电流为400 A,增益带宽积为1.3 MHz。OP1177可采用5 V至30 V的电源供电。ADC的基准电压源采用ADR435,这是一款高精度、低噪声、5 V XFET基准电压源。低电源电流(620 A)时,ADR435具有极低的温度系数(3 ppm/°C)。 300 kSPS时,本电路的总功耗为10.75 mW。信噪比(SNR)为90.6 dBFS,总谐波失真(THD)为−102 dBc,输入频率最高为4 kHz。

OP1177 配置为单位增益缓冲器,并且它与AD7988-5之间有一个截止频率为295 kHz的RC滤波器(200 ,2.7 nF)。滤波器允许使用诸如OP1177等噪声更高的放大器,在8nV/√Hz下依然具有低得多的功耗。以更高的噪声换取更低的功耗,而其代价仅是系统的信噪比(SNR)性能下降了0.4 dB。相对于数据手册中推荐的数值(20 ),更高的R值(200 )表示OP1177可以驱动2.7 nF的大容量输入电容。更高的R值可将最大输入带宽限制为数kHz,使得失真较低。

对于最高5 kHz的输入,OP1177能实现16位失真性能(THD低于−100 dBc)。超过5 kHz会加剧失真,因此不建议在更高的输入频率下使用该电路,而由于较长的建立时间,亦不建议在多路复用器应用中使用该放大器。注意,OP1177需要至少1.5 V的输入上裕量/下裕量,并且设置电源时需要1 V输出上裕量/下裕量。另外需注意的是,OP1177无法用来驱动300 kSPS以上的AD7988-5,因为驱动器建立时间不足以满足更短的ADC采集时间(见图3)。


性能结果

本电路的目的是在输入频率低于4 kHz、采样速率为300 kSPS的情况下,以尽可能最低的ADC驱动器功耗水平提供良好的交流性能。图2显示4 kHz输入时的电路性能FFT图。信噪比(SNR)为90.6 dBFS,总谐波失真(THD)为−102 dBc。相比91 dBFS的规格,AD7988-5的信噪比(SNR)略微下降的主要原因是OP1177具有比ADA4841-1的2 nV/√Hz稍高的噪声,为8 nV/√Hz。总系统功耗为10.75 mW,其中: ADC为2.1 mW(采样速率为300 kSPS),放大器为4 mW,基准电压源为4.65 mW。这说明相对于ADA4841-1的12 mW,它可降低43%的功耗,总系统功耗为18.75 mW。


图2. 使用OP1177放大器驱动AD7988-5的系统电路性能

图3显示在超过300 kSPS的较高采样速率下,系统的总谐波失真(THD)如何增加,以及信噪比(SNR)如何下降。基于这个理由,让ADC在300 kSPS或更低条件下工作,可获得最佳性能。


图3. OP1177放大器驱动AD7988-5时,总谐波失真(THD)和信噪比(SNR)与ADC采样速率的关系

图4显示随着输入频率超过4 kHz,系统总谐波失真(THD)增加,以及信噪比(SNR)下降。这是由于放大器失真导致的,可从图5中的总谐波失真加噪声(THD+N)与频率的关系曲线看出。


图4. OP1177放大器驱动AD7988-5时,总谐波失真(THD)和信噪比(SNR)与输入频率的关系

常见变化

OP1177放大器可用于驱动引脚兼容型ADC,如将AD7988-1驱动至最高100 kSPS,以及将AD7980驱动至最高300 kSPS。AD8641放大器能够以一半的功耗(200 A)驱动AD7988-5;但其采样速率最高仅为100 kSPS,并且交流性能下降、输入频率范围也更窄(参见CN-0306 电路笔记)。

电路评估与测试

设备要求(可以用同等设备代替)


需要以下设备:


  • EVAL-CN0305-SDPZ 评估板
  • 系统演示板(EVAL-SDP-CB1Z)
  • 函数发生器/信号源,例如这些测试中使用的Audio Precision SYS-2522
  • EVAL-CN0305-SDPZ 评估板自带的9 V壁式电源
  • 带USB端口的PC、USB电缆,并且已安装10引脚PulSAR软件


设置与测试


从ADI网站的AD7988-5产品页面下载10引脚PulSAR软件,并使用UG-340用户指南中的安装指南进行安装。测量设置的功能框图如图6所示。将9 V壁式电源连接至评估板的电源引脚。若要测量频率响应,设备应按图6所示进行连接。将Audio Precision SYS-2522信号发生器设置为4 kHz频率和5 V p-p正弦波,并具有2.5 V直流漂移。在软件窗口中,设置ADC采样速率为300 kSPS。使用评估板软件记录数据。软件分析是评估板软件的一部分,使用户可以采集并分析直流和交流性能。该软件及其特性详见UG-340用户指南。


图6. 测试设置功能框图

样片申请及购买

样片

产品

描述

可提供样片的
产品型号

AD7988-5 16位、500 ksps超低功耗16位SAR ADC

AD7988-5BCPZ-RL7

AD7988-5BRMZ

AD7988-5CCPZ-RL7

ADR435 超低噪声XFET基准电压源,具有吸电流和源电流能力

ADR435ARMZ

ADR435ARZ

ADR435BRMZ

ADR435TRZ-EP

OP1177 精密、低噪声、低输入偏置电流运算放大器(单通道)

OP1177ARMZ

OP1177ARZ

电脑端提供购买功能
购买评估板 所示报价为单片价格
所示报价为单片价格。所列的美国报价单仅供预算参考,指美元报价(每片美国离岸价),如有修改恕不另行通知。由于地区关税、商业税、汇率及手续费原因,国际报价可能不同。