AN-1494:使用AD7982差分PulSAR ADC来转换单端信号

电路功能与优势

许多应用都要求通过高分辨率、差分输入模数转换器(ADC)来转换单端模拟信号，无论是双极性还是单极性信号。本直流耦合电路可将单端输入信号转换为适合驱动AD7982的差分信号，AD7982是PulSAR®系列ADC中的一款18位、 1 MSPS器件。

本电路采用ADA4941-1单端转差分驱动器与 ADR435超低噪声5.0 V基准电压。本电路可接收多种类型的单端输入信号，包括双极性或单极性信号，输入电压范围覆盖高压至低压。电路全程保持直流耦合。若电路板空间紧张，图1中所示的所有集成电路(IC)均提供小型封装版本：既有3 mm × 3 mm的引脚架构芯片级封装(LFCSP)，也有3 mm × 5 mm的小型封装(MSOP)。

电路描述

AD7982的差分输入电压范围由REF引脚上的电压决定。对于 V_REF= 5 V，差分输入电压范围为±VREF =±5 V。从单端源 V_IN到ADA4941-1的OUT+引脚的电压增益（或衰减），由R2 与R1的比值设定。电阻R2与电阻R1的比值等于V_REF与V_IN处的峰峰值输入电压的比值。对于峰峰值为10 V的单端输入电压和VREF = 5 V，电阻R2与电阻R1的比值为0.5。ADA4941-1的上半部分将OUT+引脚的信号反相（增益 = -1），并在OUT-引脚提供反相输出信号。电阻R1的绝对值决定了电路的输入阻抗。反馈电容CF根据所需的信号带宽进行选择，该带宽约为1/(2πR2C_F)。20 Ω电阻和2.7 nF电容构成一个3 MHz的单极点低通噪声滤波器。

电阻R3和R4用于设定AD7982的IN−输入上的共模电压。该 共模电压值为V_OFFSET2 × (1 + R2/R1)，其中V_OFFSET2 = V_REF × R3/(R3 + R4)。电阻R5和R6用于设定ADC的IN+输入上的共模电压。该电压等于V_OFFSET1 = V_REF × R5 ÷ (R5 + R6)。ADC的 共模电压等于V_OFFSET1，应接近V_REF/2。这意味着R5 = R6。表1显示了在常用的输入电压范围内，电阻器可选用的一些标准1%精度阻值。

ADA4941-1在7 V和-2 V的电源电压下工作。由于每个输出必须从0 V摆到5 V，正电源电压必须比5 V高几百毫伏，负电源必须比0 V低几百毫伏。对于该电路，选择7 V和-2 V的电源电压。7 V电源还提供足够的裕量来为ADR435供电。也可以使用其他电压，只要ADA4941-1上的绝对最大电源电压不超过12 V，并且满足ADR435的裕量要求即可。

AD7982需要2.5 V电源为 V_DD 供电，同时需要VIO电源（图1 中未显示），其电压范围可在1.8 V和5 V之间，具体取决于输入/输出逻辑接口电平。

该电路对电源上电顺序不敏感。在瞬时过压情况下，AD7982的输入端可承受高达±130 mA的最大电流。

AD7982的串行外设接口(SPI)兼容串行接口（图1中未显示）能够在单条3线总线上，以菊花链方式连接多个ADC，并可通过SDI输入引脚提供可选的忙状态指示。通过独立电源VIO，该器件可与1.8 V、2.5 V、3 V和5 V逻辑兼容。有关SPI接口、数字模式和逻辑电源选项的完整详情，请参阅AD7982数据手册。

为了使本文所讨论的电路达到理想的性能，必须采用良好的布局、接地和去耦技术。至少应采用四层印刷电路板(PCB)：一层为接地层，一层为电源层，另两层为信号层。

所有IC电源引脚都必须采用0.01 µF至0.1 µF（为简易起见，图1中未显示）的低阻抗多层陶瓷电容(MLCC)，去耦至接地层。还应遵守“参考文献”部分中IC数据手册的相关建议。

有关每种产品的推荐布局及关键元件布局，请参考EVAL-FDA-1和EVAL-AD7982评估板用户指南。

常见变化

对于不同的基准电压需求，ADR430、ADR431、ADR433、 ADR434和ADR435系列基准电压源提供了多种电压规格，可与该ADC适配。

参考文献

Walt Kester，2005 年，第 6 章和第 7 章，《数据转换手册》，ADI 公司。

Walt Kester，2006 年，《高速系统应用》，第2章，“优化数据转换器接口”。ADI公司。

教程 MT-031，实现数据转换器的接地并解开 AGND 和DGND的谜团，ADI公司。

教程MT-035，运算放大器输入、输出、单电源和轨到轨问题，ADI公司。

教程MT-074，精密ADC用差分驱动器，ADI公司。

教程MT-101，去耦技术，ADI公司。

基准电压源向导设计工具。