将ADC介接到高效能运算放大器..doc

将ADC介接到高效能运算放大器前言：一般而言，用来驱动现今高分辨率类比/数码转换器的电源都是拥有数百欧姆或以上的AC或DC负载。因此，一个具备有高输入阻抗(数百万欧姆)和低输出阻抗的运算放大器便成为ADC驱动器输入的最佳选择。ADC驱动器可作为缓冲器和低通滤波器之应用，以减低系统的整体杂讯。 随着讯号在电路板的布线和冗长电缆上传送，系统杂讯会积聚在讯号里，而一个差动ADC会拒绝任何看来像共模电压的讯号杂讯。相比起单端的讯号，采用差动讯号有好几个优点。首先，差动讯号可将ADC的动态范围增大一倍。其次，它可提供更佳的谐波失真效能。现今有几个方法可从一个双重运算放大器配置产生出差动讯号。其中一种方法是采用单端/差动转换技术，而另一种则需动用差动输入源。为了利用完全的ADC的动态范围，ADC的输入必须被驱动至满刻度的输入电压。本文将会讨论三种不同的ADC驱动器架构：单到单、单端到差动和差动到差动。主要目的是希望能扼要地提供一切用ADC介接高效能运算放大器的资料。讯号路径的必要组件以下会把讯号路径中的类比前端设计之几个组成部份一起讨论。典型讯号路径的类比前端包括有一个用来驱动ADC的运算放大器、一个RC滤波器、ADC和微控制器或数码讯号处理器(DSP)。 图1：典型讯号路径的类比前端方块图 现实世界中的输入源会带有不理想的阻抗，因此需依赖一个很低输出阻抗的缓冲放大器来驱动ADC的输入。然而，外置的RL-CL滤波器会作用为一个抗叠频滤波器，以帮助减低ADC驱动器的杂讯频宽，以及缓冲由ADC取样和保持电路所引致的充电瞬时。为了尽量减低输入电压的跌降，外置的并列电容(CL)必须比ADC的内置输入电容大10倍，而同时外置的串行电容(RL)亦必须够大以固定发生在运算放大器输出的相位延迟，从而维持电路的稳定性。对于大部份的应用而言，在运算放大器输出和ADC输入之间用一个串行隔离电阻来连接，都可以带来益处，因为这个串行电阻可有助限制运算放大器的输出电流，而为这个串行电阻选定数值是一项非常重要的工作。 一个比较高的电阻值将会增加运算放大器的负载阻抗，从而改善运算放大器的整体谐波失真(THD)效能。可是，ADC通常都较喜欢以一个低阻抗的源来驱动。因此，必须为这个串行电阻找出最佳的数值，才能一同为运算放大器和ADC带来最佳的THD、SNR和SFDR效能。当把ADC连接到一个运算放大器时，最重要是了解将会影响到效能的规格。现今的ADC规格，例如是THD、SNR、设置时间和SFDR等，它们均对滤波、测量、视频和重现应用很关键。高效能运算放大器的设置时间、THD和杂讯效能必须比被驱动的ADC的效能更好，以确保系统的精确度以及将错误减至最低或甚至消除。 在本文中，?LMH6611或LMH6618单一运算放大器会被用来驱动单通道的ADC121S101?类比/数码转换器，而另一方面，LMH6612或LMH6619双重运算放大器会被用来驱动差动输入的ADC121S625或ADC121S705类比/数码转换器。这些放大器的应用范围相当广泛，特别适用于要求高速、低供电电流、低杂讯，以及需要驱动复杂ADC和视频负载的应用。 运算放大器和ADC的重要规格 在现实中，有些系统应用会要求低THD、低SFDR和宽阔动态范围(SNR)，而另一些则可能要求高SNR，并且可能会牺牲THD和SFDR的效能来换取更佳的杂讯效能。 对于运算放大器和ADC而言，杂讯都是一项很重要的规格。这里有三个主要影响ADC整体效能的杂讯来源：量化杂讯--是由ADC本身所产生的杂讯(尤其在较高的频率下)，以及由应用电路所产生的杂讯。输入源的阻抗可影响运算放大器的杂讯效能。理论上，ADC的讯号与杂讯的比例(SNR)可用下列算式计算出来： 算式中的N是ADC的分辨率。例如根据这条算式，一个12位的ADC便拥有74dB的SNR。可是，实际的SNR数值会大约是72dB。为获得更佳的SNR，ADC驱动器杂讯应该愈小愈好。LMH6611/LMH6612/LMH6618/LMH6619的低电压杂讯仅为10?nV/?。 运算放大器和ADC的整体设置时间必须在1?LSB之内，而LMH6618/LMH6619和LMH6611/LMH6612的0.01%设置时间分别为120ns和100ns。 此外，ADC驱动器的THD必须低于ADC。LMH6618/LMH6619在2VPP输出和100?KHz输入频率时的SFDR为100dBc，而LMH6611/LMH6612在2VPP输出和1?MHz?输入频率时的SFDR则为90dBc。 讯号/杂讯比和失真(SINAD)是一个参数，它结合了SNR和THD这两个规格。SINAD是指输出讯号的RMS值与所有其它低于时钟频率一半的光谱成份之RMS