AN-1495：使用 AD7984 差分 PulSAR 模数转换器（ADC）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可以驱动AD7984的差分信号，AD7984是PulSAR®系列ADC中的一款18位、1.33 MSPS器件。本电路采用ADA4941-1单端转差分ADC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

AD7984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± V_REF =±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电阻与R1的比值设定。电阻R2与电阻R1的比值等于V_REF与 VIN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V_REF = 5 V，R2与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的绝对值需决定了电路的输入阻抗。反馈C_F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AD7984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，接近V_REF/2。此前提条件意味着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差不超过12 V，并且满足ADR435的裕量要求即可。

AD7984需要2.5 V电源为VDD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，AD7984的输入端可承受高达±130 mA的最大电流。

AD7984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SPI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AD7984数据手册。

为了使本应用笔记所讨论的电路达到理想的性能，应采用适当的布局、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。

有关每种产品的推荐布局及关键元件布局，请参考EVAL-AD7984和 EVAL-FDA-1评估板用户指南。

表1. 常用输入电压范围对应的电路参数与电压值
V_IN (V)	V_OFFSET1 (V)	V_OFFSET2 (V)	OUT+ (V)	OUT− (V)	R1 (kΩ)	R2 (kΩ)	R4 (kΩ)	R3, R5, R6 (kΩ)
+20, −20	2.5	2.203	−0.01, 4.96	5.01, 0.04	8.06	1.00	12.70	10.00
+10, −10	2.5	2.000	0.01, 4.99	4.99, 0.01	4.02	1.00	15.0	10.00
+5, −5	2.5	1.667	0.00, 5.00	5.00, 0.00	2.00	1.00	20.0	10.00