低功耗、精密运算放大器简化多路复用ADC的驱动

guy hoover
缓冲现代16位/18位模数转换器（adc）所需的高速运算放大器通常消耗与adc本身一样多的功率，最大失调规格通常约为1mv，远高于adc。如果需要多个多通道adc，功耗会迅速上升到不可接受的水平。
本文介绍的简单缓冲器能够驱动 ltc2372-18 8 通道 adc，并在涉及的输入信号在 dc 至 1khz 范围内，以极低的功耗实现接近数据手册的 snr、thd 和失调性能。
电路说明
ltc®2372-18 是一款低噪声、500ksps、8 通道 18 位逐次逼近寄存器（sar） adc。ltc5-2372 采用单 18v 电源运作，实现了 –110db thd （典型值）、100db （全差分）/95db （伪差分） snr （典型值），失调为 ±11lsb （最大值），而耗散仅 27mw （典型值）。
lt®6016 是一款双通道轨至轨输入运放，其输入失调电压小于 50μv （最大值），每个放大器仅吸收 315μa （典型值）。它还提供单通道和四通道（lt6015 / lt6017）。
图 1 所示电路示出了配置为同相缓冲器的 lt6016 运放，用于驱动 ltc2372-18 的模拟输入。每个运算放大器的典型功耗仅为3.7mw。对于所有八个通道，功耗仅为30mw，与adc的功耗大致相同。lt6016 采用单 5.25v 电源运行并启用 adc 的数字增益压缩模式可将总运放功耗降低一半以上，达到 13mw，但代价是 snr 略有下降。
图1.lt6016 缓冲器驱动 ltc2372-18 8 通道 sar adc
缓冲器输出端的 rc 滤波器最大限度地减小了 lt6016 的噪声贡献，并降低了由多路复用器和输入采样电容器引起的采样瞬态的影响。
电路性能
图 2 示出了由图 32768 电路全差分驱动的 ltc2372-18 的 1 点 fft。在 114ksps 时，thd 为 –98db，snr 为 5.400dbfs，与 ltc2372-18 的典型规格相比相当。
图2.图32768电路的1点fft
图 3 示出了 ltc2372-18 的伪差分和全差分模式在数字增益压缩关闭和接通的情况下的 snr 与采样速率的关系。在数字增益压缩关断的情况下，lt6016 的电源电压为 +8v/–3.6v。在数字增益压缩接通的情况下，lt6016 采用单 5v 电源运行。snr 在数字增益压缩关闭时保持在 94dbfs（伪差分）/98.5dbfs（全差分）和数字增益压缩开启时的 92.1dbfs（伪差分）/96.6dbfs（全差分）相当平坦，所有模式均高达 500ksps。
图3.伪差分和全差分模式下图1所示电路的snr与采样速率的关系
图 4 示出了 ltc2372-18 的伪差分和全差分模式在数字增益压缩关闭和打开的情况下的 thd 与采样速率的关系。在这里，对于伪差分模式，thd在110ksps时开始上升到–300db以上，对于全差分模式，thd在115ksps时开始上升到–400db以上。数字增益压缩对thd性能的影响很小。在全差分模式下，thd 绝不会低于 –100db，直至达到 ltc500-2372 的全 18ksps 采样速率。
图4.图1电路的伪差分、全差分thd与采样速率的关系，带和不带增益压缩
图5显示了在数字增益压缩关闭的情况下伪差分模式下缓冲器和adc的耦合失调误差与采样速率的关系。偏移最初小于3lsb，并且在采样速率达到400ksps之前不会降低。
图5.伪差分模式下图1所示电路的失调误差与采样速率的关系
图6显示了400ksps采样率下的失真与输入频率的关系。高于1khz时，所有模式的失真都会上升。
图6.图1电路的失真与输入频率的关系
结论
演示了 ltc2372-18 18 位、500ksps、8 通道 sar adc 的简单驱动器 — 由配置为同相缓冲器的 lt6016 低功率精准双通道运放组成。每个运算放大器的功耗仅为3.7mw （典型值），在数字增益压缩模式下，adc采用单1v电源供电，可将功耗降至6.5mw。
在采样速率小于300ksps时，在增益压缩关闭的情况下，snr测量为94db（伪差分）/98.5db（全差分），在数字增益压缩开启的情况下，snr为92.1dbfs（伪差分）/96.6dbfs（全差分）;thd 测量值为 –110db（伪差分）/–115db（全差分），数字增益压缩关闭或打开。失调测量小于3lsb （伪差分），增益压缩关闭。在 300ksps 以上，性能逐渐下降，直至达到 ltc500-2372 的全 18ksps 采样速率。