驅動高精度模數轉換器

Thomas Brand

市場對工業應用的需求與日俱增，數據采集系統是其中的關鍵設備。它們通常用于檢測溫度、流量、液位、壓力和其他物理量，隨后將這些物理量對應的模擬信號轉換為高分辨率的數字信息，再由軟件做進一步處理。此類系統對精度和速度的要求越來越高。這些數據采集系統由放大器電路和模數轉換器（ADC）組成，其性能對系統具有決定性的影響。然而，ADC的輸入驅動器也會影響整體精度。該驅動器用于緩沖和放大輸入信號。此外，還必須增加偏置信號或生成全差分信號，以覆蓋ADC的輸入電壓范圍并滿足其共模電壓要求，在此過程中不得改變原始信號。可編程增益儀表放大器（PGIA）通常用作輸入驅動器。在本文中，我們提出了一種輸入驅動器和ADC的組合，通過這種組合可以實現非常精確的轉換結果，從而構建高質量的數據采集系統。

例如，LTC6373就是一款適用于高精度數據采集系統的PGIA。除了全差分輸出，它還具有高直流精度、低噪聲、低失真（見圖2）以及4 MHz的高帶寬，增益為1/4～16。通過它可以直接驅動ADC，因此適合許多信號調理應用。

圖1中的電路顯示了使用LTC6373驅動精密ADC的示例，ADC是具有1.8 MSPS的20位分辨率的AD4020。

在該電路中，LTC6373在輸入端和輸出端直流耦合，因而不需要使用變壓器驅動ADC。增益可通過引腳A2/A1/A0在（0.25～16）V/V之間進行設置。在圖1中，LTC6373采用差分輸入至差分輸出配置和±15 V對稱電源電壓。或者，輸入也可以是單端輸入，而輸出仍然是差分輸出。

在圖1中，輸出共模電壓通過VOCM引腳設置為VREF/2。 這樣就可實現LTC6373的輸出電平轉換。LTC6373的每個輸出在0 V～VREF之間變化，因此在ADC輸入端有1個2×VREF幅度的差分信號。LTC6373的輸出端和ADC輸入端之間的RC網絡形成1個單極點低通濾波器，它可降低在ADC輸入端切換電容時產生的電流毛刺。同時，低通濾波器限制了寬帶噪聲。

圖2顯示了LTC6373的信噪比（SNR）和總諧波失真（THD），其在整個輸入電壓范圍（10 V p-p）內驅動AD4020 SAR ADC（高阻態模式）。在吞吐量為1.8 MSPS，濾波器電阻（RFILTER）為442 Ω時可獲得比較滿意的效果。在1 MSPS或0.6 MSPS時，建議RFILTER為887 Ω。

LTC6373可驅動大多數具有差分輸入的SAR ADC，不需要另外增加ADC驅動器。但是，在某些應用中，在LTC6373和精密ADC之間可以使用單獨的ADC驅動器來進一步提高信號鏈的線性度。

結束語

圖1所示的電路針對快速、高精度數據采集系統進行了優化。因此，LTC6373的出色特性有助于對傳感器輸出信號進行信號調理。借助在線工具ADI Precision Studio，特別是其中包含的ADC驅動器工具， ADI公司可以為此類放大級、濾波器和線性電路設計提供更多支持。欲了解更多信息，請訪問tools.analog. com/en/precisionstudio。