使用LT6018驱动高速18位和20位逐次逼近寄存器(SAR)ADC
引言
lt6018 是一款超低噪声（1khz 时 1.2nv/√hz）、超低失真（1khz 时 –115db）的运算放大器。它的增益带宽积为 15mhz，最大失调电压为50μv，最大失调电压漂移为 0.5μv/°c。这种功能组合使其适合驱动多种高分辨率模数转换器 (adc)。本设计要点介绍在使用 lt6018 驱动高速 18 位和 20 位逐次逼近寄存器 (sar)adc 时，可实现最佳信噪比 (snr) 和总谐波失真 (thd) 的电路和优化策略。
ultralinear 20 位 adc
图 1 显示 dc2135a 演示电路的修改版，其中 lt6018 （替代 lt1468 ）用于驱动ltc2378-20 20 位 sar adc。ltc2378-20 具有无与伦比的 2ppm 线性度。要在创建差分信号的同时保持线性度，最佳方法是使用本演示电路板使用的 lt5400 中的精密匹配电阻。图1 所示电路的详细工作原理请参阅设计要点1032（其中用 lt1468 驱动 ltc2377-20）。
为了测量电路的线性度，在输入中馈入一个超纯正弦波，并计算输出的 fft。得出的thd 测量值可以代替电路的 inl (积分非线性) 性能值。在 adc 采样率为 800khz 时，我们使用大约 100hz（略微调整，以确保采样的一致性，从而减轻 fft 数值限制）的输入频率。
图 1. dc2135a 演示电路板设置
原有的演示电路在运算放大器后面直接加了一个 rc 低通滤波器，用于过滤过高的频率噪声。即使在高频率条件下，lt6018 的噪声密度也保持相对较低水平，所以，移除这个滤波器几乎不会对总体噪声产生影响。移除该滤波器后，线性度（用 thd 测量）显著提高，因为单端转差分操作完全由 lt5400中的精密匹配电阻控制，不受任何不匹配的分立元件影响。
lt6018 的低噪声密度使其适合用于需要增益的电路。增益配置为 10 时，与整体幅度相比，信号强度提高 20db，snr 降低 2db。如果输入信号很小，这种配置可以将信噪比有效提高18db。和预期的一样，线性度降低幅度与放大器环路增益相当，或者约为 20db。具体结果汇总见表 1。
表 1. lt6018 驱动 ltc2378-20 snr 和 thd 结果
驱动高速 18 位 adc
ltc2387-18 是一款 18 位 sar adc，采样速率达 15msps。在该采样速率下，adc 的内部采样电容可以在不到 30ns 内（“采集时间”）连接到放大器输出。在此期间，放大器（和滤波器）电路必须从电荷反冲中恢复，并补充采样电容的电荷，以便 adc 能够在下一个转换周期测量正确的输入电压。仔细优化放大器和滤波器网络是必要的。在图 2 中，两个 lt6018 配置为单位增益跟随器，并连接至 ltc2387-18 演示电路板，后者的 adc 输入端配置滤波器电阻和电容。
表 2 显示在输入端测量的 1.008khz 纯正弦波的 snr 和 thd 值，以及在相干速率为 14.680msps 时的 adc 采样速率。表中第一项显示 lt6200 放大器结果，这是一款高速低噪声运算放大器。滤波器配置采用演示电路板的默认带宽，约 200mhz。这种配置支持 adc 电荷反冲完全消解，从而实现出色的 thd 性能（–120db）。但是，snr 要比 adc 的 96db 低 2db。
lt6018 的带宽比 lt6200 低，但直流精度（失调和偏移）更高。但是，lt6018 可采用相同的配置，因为 lt6200 会大幅降低 snr和 thd。snr 之所以降低，是因为放大器的噪声密度可能超过下方的带宽，如果不加以过滤，该噪声将会进入 adc。thd 之所以降低，是因为速度较慢的放大器（以满adc 电荷反冲碰撞时）没有达到适度稳定状态，且遗留非线性残余物供 adc 数字化。
图 2. lt6018 驱动使用 dc2290a-a 演示电路板的 ltc2387-18
我们可以通过增加电阻和电容的值，以及在两个 adc 输入之间配置一个差分电容来过滤宽带放大器的噪声。此举可以提高该 adc的信噪比，达到理论最大值 96db，这意味着集成放大器的噪声可以忽略不计。此外，对于滤波器配置，倾向于选择较小的串联电阻和更大的电容时，电荷反冲的初始效应会被减弱，thd 性能因而得到改善，其值远低于–100db。
表 2. lt6018 驱动 ltc2387-18 snr 和 thd 结果
结论
现代 sar adc 兼具低噪声、高线性度和高直流失调精度特性。要达到这些规格要求，需要采用一个具备同等直流规格、低噪声及足够带宽的放大器，例如 lt6018。采用中速adc（例如 1msps 20 位 ltc2378-20）时，将 lt6018 与精准匹配的 lt5400 电阻配合使用可以产生差分输入信号，且无需再实施滤波。采用超快速 sar adc（例如 18 位15msps ltc2387-18）时，通过优化运算放大器和 adc 值之间的 rc 滤波网络，可以实现出色的噪声和线性度性能。
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