微功率运算放大器可在不牺牲准确度或超出功率预算的情况下驱动 8 通道 18 位同时采样 ADC

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设计要点 541: 引言 ~~

用于驱动 18 位模数转换器 (ADC) 的运放所吸收的电源电流通常和 ADC 本身一样多，且常常具有远高于 ADC 的最大失调规格值。如果需要多个 ADC 通道，那么这些驱动器所产生的功率耗散将迅速上升至不可接受的水平。

假如需要的是 18 位精度 (SNR、THD、V_OS)，而不是高采样速率，且输入信号为低频或 DC，则本文提出的简单缓冲器能够驱动 LTC2348-18 8 通道同时采样 ADC。另外，其还以非常低的功耗实现了与针对 SNR、THD 和失调指标的典型规格值相当的性能。

电路描述

LTC2348-18 是一款具有宽共模输入范围的低噪声、8 通道同时采样 18 位逐次逼近寄存器 (SAR) ADC。当采用一个 ±10.24V 输入范围时，LTC2348-18 可实现 -109dB THD (典型值)、96.7dB SNR (典型值) 和一个 ±550μV (最大值) 的失调，并在 200ksps 速率下仅消耗 140mW (典型值) 的功率。当在该应用的 10ksps 速率下运作时，可通过运用该器件的打盹 (NAP) 模式将这款 ADC 的功耗降低至 45mW (典型值)。

LT6020 是一款双通道、微功率、5V/μs、精准轨至轨输出运放，其具有低于 30μV (最大值) 的输入失调电压，且每个放大器仅吸收 100μA (最大值)。

图 1 中的电路示出了被配置为一个同相缓冲器以驱动 LTC2348-18 之模拟输入的 LT6020 运放。每个运放的最大功率耗散仅为 3mW。所有 8 个通道的功耗加在一起只不过是 24mW，大约相当于 ADC 在 10ksps 时功耗的一半。

Figure 1. LT6020 Buffer Driving the LTC2348-18 8-Channel Simultaneous Sampling SAR ADC

图 1：LT6020 缓冲器驱动 LTC2348-18 8 通道同时采样 SAR ADC

位于缓冲器输出端上的 RC 滤波器可较大限度地降低 LT6020 产生的噪声，并抑制由 MUX 和输入采样电容器引起的采样瞬变所造成的不良影响。对于选定的 RC 时间常数，应使 R 值尽可能地小以减少电阻器两端的电压降。如果未能使滤波器输出完全地稳定，那么这种做法会导致一个增益误差。R 值必须足够大以防止在运放输出端上产生过大的振铃 (这会延长实现稳定所需的时间并增加失真)。

LTC2348-18 可提供两种不同的操作模式。第一种为全差分模式，其要求每个通道的两个模拟输入均由一个单独的放大器来驱动。第二种是伪差分模式，其只驱动一个模拟输入，而把另一个输入接地。图 1 中的电路采用了第二种模式。使用伪差分驱动意味着所需的组件数较少，而且功率耗散较低。采用此模式的缺点是 INL 性能指标略有下降。

电路性能

图 2 示出了由图 1 中的缓冲器进行伪差分驱动的 LTC2348-18 之 8192 点 FFT。在 10ksps 速率下，THD 为 -108dB，SNR 为 95.8dBFS，这可媲美 LTC2348-18 的典型规格指标。

Figure 2. 8192-Point FFT for the Circuit of Figure 1

图 2：图 1 所示电路的 8192 点 FFT

图 3 示出了 SNR 和 THD 与采样速率的关系曲线。一直到 10ksps，SNR 都保持得相当平坦 (接近 96dBFS)。THD 则在 10ksps 采样速率下开始升至高于 -108dB。

Figure 3. SNR and THD vs Sampling Rate for the Circuit of Figure 1

图 3：SNR 和 THD 与采样速率的关系曲线 (针对图 1 所示的电路)

图 4 示出了 SNR 和 THD 与输入频率的关系曲线。在高于 100Hz 一直到 1kHz 的输入频率范围内，SNR 和 THD 均从 LTC2348-18 的典型规格值缓慢地下降，SNR 为 94dBFS，而 THD 为 -85dB。

Figure 4. SNR and THD vs Input Frequency for the Circuit of Figure 1

图 4：SNR 和 THD 与输入频率的关系曲线 (针对图 1 所示的电路)

图 5 示出了 LT6020 驱动器及 ADC 的组合失调误差与采样速率的关系曲线。失调最初小于 1LSB，并在采样速率超过 10ksps 时开始变差。

Figure 5. Combined ADC and Driver Offset vs Sampling Rate for the Circuit of Figure 1

图 5： ADC 及驱动器的组合失调与采样速率的关系曲线 (针对图 1 所示的电路)

结论

一个由配置为同相缓冲器的 LT6020 低功率精准双通道运放组成的简单驱动器可用于驱动 LTC2348-18 18 位、200ksps、8 通道同时采样 SAR ADC，其每个运放的功耗仅为 3mW (最大值)，而 LTC2348-18在 10ksps 时只消耗 45mW。在 10ksps 的采样速率下，测得的 SNR 为 95.8dB，THD 为 -109dB，而失调则小于 1LSB。