高性能運(yùn)算放大器與ADC的接口設(shè)計
用來驅(qū)動高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的信號源具有數(shù)百歐姆或更大的高頻交流負(fù)載和直流負(fù)載。因此，具有數(shù)兆歐姆高輸入阻抗以及低輸出阻抗的高性能運(yùn)算放大器是輸入ADC驅(qū)動器的理想選擇。ADC驅(qū)動器被用作緩沖器和低通濾波器以降低整體系統(tǒng)噪聲。
當(dāng)信號沿著PCB走線和很長的電纜傳輸時，系統(tǒng)中的信號噪聲在累積，差分ADC抑制所有以共模電壓出現(xiàn)的信號噪聲。采用差分信號而不是單端信號有兩個優(yōu)點：差分信號可使ADC動態(tài)范圍擴(kuò)大兩倍，以及提供更好的諧波失真性能。
通過雙運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生差分信號的方法有好幾種，兩種常見方法是單端-差分轉(zhuǎn)換和差分-差分轉(zhuǎn)換。前者要求單輸入源，后者要求差分輸入源。為利用ADC的整個動態(tài)范圍，必須將輸入驅(qū)動至滿量程輸入電壓。
信號路徑的基本考慮要素
有效設(shè)計信號路徑模擬前端必須連接一些關(guān)鍵的元件(圖)。典型的信號路徑模擬前端包括驅(qū)動ADC的運(yùn)算放大器、RC濾波器以及微控制器或者數(shù)字信號處理器(DSP)。
典型的信號通道模擬前端包括驅(qū)動ADC、RC濾波器以及MCU或DSP的運(yùn)算放大器。
實際的輸入源阻抗可能并非理想，因此必須用輸出阻抗非常低的緩沖放大器來驅(qū)動ADC輸入。外部RL-CL濾波器用作抗混疊濾波器，它有助于降低ADC驅(qū)動器的噪聲帶寬，并對ADC采樣保持電路產(chǎn)生的充電瞬變進(jìn)行緩沖。為盡量降低輸入電壓的下降，外部并聯(lián)電容值(CL)應(yīng)該比ADC內(nèi)部輸入電容大10倍左右。此外，外部串聯(lián)電阻(RL)應(yīng)該足夠大，以便在運(yùn)算放大器輸出端保持相位延遲，從而保持穩(wěn)定性。
在運(yùn)算放大器輸出與ADC輸入之間接串聯(lián)隔離電阻對大多數(shù)應(yīng)用都有好處。這個串聯(lián)電阻有助于限制運(yùn)算放大器的輸出電流。串聯(lián)電路的阻值選擇很重要，較大的阻值則將增加從運(yùn)算放大器端看過去的負(fù)載阻抗，并改善運(yùn)算放大器的總諧波失真(THD)性能。不過，ADC最好由低阻抗源驅(qū)動，因此，必須找出此串聯(lián)電阻的最佳阻值，以提供運(yùn)算放大器和ADC組合電路的最佳指標(biāo)，包括THD、信噪比(SNR)和無雜散動態(tài)范圍(SFDR)。
當(dāng)將ADC與運(yùn)算放大器進(jìn)行接口，必須了解對獲得所期望性能結(jié)果而言非常重要的技術(shù)參數(shù)?，F(xiàn)代ADC的交流參數(shù)，如THD、SNR、建立時間以及SFDR，在濾波、測試與測量、視頻和重建應(yīng)用中都很關(guān)鍵。高性能運(yùn)算放大器的建立時間、THD和噪聲性能必須好于被驅(qū)動的ADC的相應(yīng)值，以使系統(tǒng)具有合適的精度，而誤差卻最小或者沒有誤差。
在本文設(shè)計中，可以采用LMH6611或 LMH6618單運(yùn)算放大器來驅(qū)動單通道ADC121S101 ADC，可以采用LMH6612 或LMH6619雙運(yùn)算放大器來驅(qū)動差分輸入ADC121S625 或ADC121S705 ADC。這些放大器專門為要求高速、低電源電流、低噪聲以及具有驅(qū)動復(fù)雜ADC和視頻負(fù)載能力的大范圍應(yīng)用而設(shè)計，使用起來非常方便。
關(guān)鍵的運(yùn)算放大器和ADC參數(shù)
有些系統(tǒng)應(yīng)用要求低THD、低SFDR和寬動態(tài)范圍。有些系統(tǒng)則要求高SNR，這可能為了突出噪聲性能而犧牲THD和SFDR。
對運(yùn)算放大器和ADC而言，噪聲是非常重要的技術(shù)參數(shù)。影響ADC總體性能的噪聲源主要有三個，即量化噪聲、ADC本身產(chǎn)生的噪聲(特別是在較高頻率下)以及應(yīng)用電路產(chǎn)生的噪聲。輸入源的阻抗可影響運(yùn)算放大器的噪聲性能。理論上，ADC的SNR可用下式求得：
SNR=6.02N+1.72 單位：dB
其中，N是ADC的分辨率。根據(jù)上式，12位ADC的SNR是74dB。不過，實際SNR值可能為72dB左右。為獲得更好的SNR性能，ADC驅(qū)動器噪聲應(yīng)該盡可能低。LMH6611/LMH6612/LMH6618/LMH6619電壓噪聲只有10nV/vHz。
ADC驅(qū)動器的THD本身就應(yīng)比ADC的THD低。LMH6618/LMH6619在2V(峰峰值)輸出和100kHz輸入頻率下的SFDR為100dBc。LMH6611/LMH6612在2V(峰峰值)輸出和1MHz輸入頻率下的SFDR為90dBc。
信噪失真比(SINAD)是綜合了SNR和THD的一個參數(shù)。SINAD定義為輸出信號RMS值與低于時鐘頻率一半的所有其它頻譜分量(包括諧波但不包括直流)RMS值的比，是衡量整體ADC動態(tài)性能的一個參數(shù)。可根據(jù)下式從SNR和THD得到SINAD：
下載文檔從內(nèi)部圖可以看出運(yùn)算放大器和比較器的差別在于輸出電路。運(yùn)算放大器采用雙晶體管推挽輸出，而比較器只用一只晶體管，集電極連到輸出端，發(fā)射極接地。
關(guān)鍵字： 運(yùn)算放大器 比較器 雙晶體管本文展示了我自己使用并推薦給其他人的運(yùn)算放大器環(huán)路穩(wěn)定性分析方法的優(yōu)勢。除了環(huán)路增益 (Aol β) 相位裕度之外，該方法還著眼于開環(huán)增益 (Aol) 和反向反饋因子 (1/β) 曲線的行為和閉合速率。這種方法適用于一般...
關(guān)鍵字： 運(yùn)算放大器 雙環(huán)路增益功放芯片就好像是多媒體播放設(shè)備的“心臟”，是為播放設(shè)備提供動力的部件，也是關(guān)系到音質(zhì)的重要環(huán)節(jié)之一，其重要性自然不言而喻。于是有許多音頻功放芯片的初學(xué)者就會好奇，要怎么才能選到合適的芯片呢?常用的音頻功放芯片有哪些?下面...
關(guān)鍵字： 運(yùn)算放大器 線性化衰減器在我的上一篇信號鏈基礎(chǔ)文章《運(yùn)算放大器環(huán)路穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)知識：雙環(huán)路增益的故事》之后，我收到了有關(guān)如何生成我查看過的開環(huán) SPICE 仿真曲線的問題。雖然有很多方法可以做到這一點，但我一直使用的方法是打開或“中斷”循環(huán)...
關(guān)鍵字： 運(yùn)算放大器 雙環(huán)路增益評估模擬開關(guān)、多路復(fù)用器、運(yùn)算放大器和其他 IC 對 IC 測試工程師提出了挑戰(zhàn)。典型的測試場景需要對設(shè)備的輸入施加測試或強(qiáng)制電壓，并測量任何產(chǎn)生的泄漏電流和偏移電流，通常為 1 pA 或更低。與緩慢且昂貴的商用自動測試...
關(guān)鍵字： 模擬開關(guān) 多路復(fù)用器 運(yùn)算放大器為了增進(jìn)大家對放大器的認(rèn)識，本文將對集成運(yùn)算放大器的分類予以介紹。
關(guān)鍵字： 放大器 指數(shù) 運(yùn)算放大器
