ADI实验室电路:16位、100kSPS逐次逼近型ADC系统
ad7988-1 16位、100 ksps pulsar adc
ad8641低功耗、轨到轨输出精密单通道jfet运算放大器
adr435超低噪声xfet 5.0 v基准电压源，具有吸电流和源电流能力
评估和设计支持
电路评估板
cn-0306电路评估板（eval-cn0306-sdpz）
系统演示平台（eval-sdp-cb1z）
设计和集成文件
原理图、布局文件、物料清单
电路功能与优势
图1中的电路采用16位、100 ksps逐次逼近型模数转换器（adc）系统，集成驱动放大器，针对最高1 khz输入信号和100 ksps采样速率、功耗低至7.35 mw的系统而优化。
这种方法对于便携式电池供电、要求低功耗的多通道应用极为有用。它还为那些两次转换突发之间的大部分时间adc都处于空闲状态的应用提供了优势。
通常，选择高性能逐次逼近型adc的驱动放大器处理宽范围的输入频率。然而，当某个应用需要更低的采样速率时，便可节省大量功耗，因为降低采样速率会相应地降低adc功耗。
若要完全利用通过降低adc采样速率使功耗下降的优势，则需要使用低带宽、低功耗放大器。例如，推荐80 mhz的ada4841-1运算放大器（10 v时功耗为12 mw）与ad7988-1 16位逐次逼近型寄存器（sar） adc（100 ksps时功耗为0.7 mw）一同使用。包括adr435基准电压源（7.5 v时功耗为4.65 mw）在内的总系统功耗在100 ksps时为17.35 mw。
对于最高1 khz的输入带宽和100 ksps的采样速率，ad8641 3mhz运算放大器（10 v时功耗为2 mw）可提供出色的信噪比（snr）和总谐波失真（thd）性能，并且在100 ksps时可将总系统功耗从17.35 mw降低至7.35 mw，降幅达58%。
图1. 使用ad8641低功耗放大器驱动ad7988-1 adc的系统电路图（原理示意图：未显示所有连接）
电路描述
该电路包含ad7988-1 adc、ad8641放大器和adr435基准电压源。ad7988-1是一款16位、100 ksps sar adc，其低功耗可随采样速率调整，100 ksps时功耗为0.7 mw。除了低功耗，它还具有业界领先的交流性能：snr = 91 db，thd = -114 dbc。
驱动放大器采用ad8641低功耗、精密器件，其电源电流为200 μa，增益带宽积为3 mhz。ad8641可采用5 v至26 v的电源供电。adc的基准电压源采用adr435，这是一款高精度、低噪声、5 v xfet基准电压源。低电源电流（620 μa）时，adr435具有极低的温度系数（3 ppm/℃）。100 ksps时，本电路的总功耗为7.35 mw。信噪比（snr）为88.5 dbfs，总谐波失真（thd）为-103 dbc，输入频率最高为1 khz。
ad8641配置为单位增益缓冲器，并且它与ad7988-1之间有一个截止频率为93 khz的rc滤波器（634 ω，2.7 nf）。滤波器允许使用诸如ad8641等噪声更高的放大器，在28 nv/√hz下依然具有低得多的功耗。与adc的规格相比，以更高的噪声换取更低功耗的代价仅是系统的信噪比（snr）性能下降了2.5 db。相对于数据手册中推荐的数值（20 ω），更高的r值（634 ω）表示ad8641可以驱动2.7 nf的大容量输入电容。更高的r值可将最大输入带宽限制为1 khz，使得失真较低。
对于最高1 khz的输入，这与ad8641的16位失真性能（thd低于-100 dbc）差不多。超过1 khz会加剧失真，因此不建议在更高的输入频率下使用该电路，而由于较长的建立时间，亦不建议在多路复用器应用中使用该放大器。注意，相对于正电源电压而言，ad8641需要至少2 v的输入裕量。输出级以轨到轨方式工作。
性能结果
本电路的目的是在最高1 khz的给定输入频率范围、100 ksps的采样速率情况下，以尽可能最低的adc驱动器功耗水平提供良好的交流性能。图2显示1 khz输入信号下的电路性能fft图。信噪比（snr）为88.5 db，总谐波失真（thd）为-103 db。相比91 db的规格，ad7988-1信噪比（snr）下降的主要原因是ad8641具有比ada4841-1的2 nv/√hz更高的噪声，为28 nv/√hz。总系统功耗为7.35 mw，其中：adc为0.7 mw，放大器为2 mw，基准电压源为4.65 mw。这说明相对于ada4841-1的12 mw，它可降低58%的功耗，总系统功耗为17.35 mw。
图2. 使用ad8641放大器驱动ad7988-1的系统电路性能
图3显示系统总谐波失真（thd）以及信噪比（snr）如何随着输入频率超过~1 khz而下降。这是由于放大器失真导致的，可从图4中的总谐波失真加噪声（thd+n）与频率的关系曲线看出。
图3. ad8641放大器驱动ad7988-1时，总谐波失真（thd）和信噪比（snr）与输入频率的关系
图4. ad8641放大器的总谐波失真加噪声（thd+n）与输入频率的关系
常见变化
ad8641放大器可用于驱动高速、引脚兼容型adc，如ad7988-5和ad7980，但仅在不超过100 ksps的较低采样速率下才有效。op1177放大器能够以双倍的电流（400 μa）驱动ad7988-1，在4 khz以下具有更佳的失真性能；并且由于噪声更低，从而信噪比（snr）也更佳（90 db）。
电路评估与测试
设备要求（可以用同等设备代替）
需要以下设备：
●eval-cn0306-sdpz评估板
●系统演示板（eval-sdp-cb1z）
●函数发生器/信号源，例如这些测试中使用的audio precision sys-2522
●评估板自带的9 v壁式电源
●带usb端口的pc、usb电缆，并且已安装10引脚pulsar软件
设置并测试
从adi网站的ad7988-1产品页面下载10引脚pulsar软件，并使用ug-340用户指南中的安装指南进行安装。其测量配置的功能框图如图5所示。
将9 v壁式电源连接至评估板电源引脚。若要测量频率响应，设备应按图5所示进行连接。将audio precision sys-2522信号发生器设置为1 khz频率和5vp-p正弦波，并具有2.5 v直流漂移。使用评估板软件记录数据。软件分析是评估板软件的一部分，使用户可以采集并分析直流和交流性能。该软件及其特性见ug-340用户指南。
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系统演示平台（eval-sdp-cb1z）
设计和集成文件
原理图、布局文件、物料清单
电路功能与优势
图1中的电路采用16位、100 ksps逐次逼近型模数转换器（adc）系统，集成驱动放大器，针对最高1 khz输入信号和100 ksps采样速率、功耗低至7.35 mw的系统而优化。
这种方法对于便携式电池供电、要求低功耗的多通道应用极为有用。它还为那些两次转换突发之间的大部分时间adc都处于空闲状态的应用提供了优势。
通常，选择高性能逐次逼近型adc的驱动放大器处理宽范围的输入频率。然而，当某个应用需要更低的采样速率时，便可节省大量功耗，因为降低采样速率会相应地降低adc功耗。
若要完全利用通过降低adc采样速率使功耗下降的优势，则需要使用低带宽、低功耗放大器。例如，推荐80 mhz的ada4841-1运算放大器（10 v时功耗为12 mw）与ad7988-1 16位逐次逼近型寄存器（sar） adc（100 ksps时功耗为0.7 mw）一同使用。包括adr435基准电压源（7.5 v时功耗为4.65 mw）在内的总系统功耗在100 ksps时为17.35 mw。
对于最高1 khz的输入带宽和100 ksps的采样速率，ad8641 3mhz运算放大器（10 v时功耗为2 mw）可提供出色的信噪比（snr）和总谐波失真（thd）性能，并且在100 ksps时可将总系统功耗从17.35 mw降低至7.35 mw，降幅达58%。
图1. 使用ad8641低功耗放大器驱动ad7988-1 adc的系统电路图（原理示意图：未显示所有连接）
电路描述
该电路包含ad7988-1 adc、ad8641放大器和adr435基准电压源。ad7988-1是一款16位、100 ksps sar adc，其低功耗可随采样速率调整，100 ksps时功耗为0.7 mw。除了低功耗，它还具有业界领先的交流性能：snr = 91 db，thd = -114 dbc。
驱动放大器采用ad8641低功耗、精密器件，其电源电流为200 μa，增益带宽积为3 mhz。ad8641可采用5 v至26 v的电源供电。adc的基准电压源采用adr435，这是一款高精度、低噪声、5 v xfet基准电压源。低电源电流（620 μa）时，adr435具有极低的温度系数（3 ppm/℃）。100 ksps时，本电路的总功耗为7.35 mw。信噪比（snr）为88.5 dbfs，总谐波失真（thd）为-103 dbc，输入频率最高为1 khz。
ad8641配置为单位增益缓冲器，并且它与ad7988-1之间有一个截止频率为93 khz的rc滤波器（634 ω，2.7 nf）。滤波器允许使用诸如ad8641等噪声更高的放大器，在28 nv/√hz下依然具有低得多的功耗。与adc的规格相比，以更高的噪声换取更低功耗的代价仅是系统的信噪比（snr）性能下降了2.5 db。相对于数据手册中推荐的数值（20 ω），更高的r值（634 ω）表示ad8641可以驱动2.7 nf的大容量输入电容。更高的r值可将最大输入带宽限制为1 khz，使得失真较低。
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●带usb端口的pc、usb电缆，并且已安装10引脚pulsar软件
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将9 v壁式电源连接至评估板电源引脚。若要测量频率响应，设备应按图5所示进行连接。将audio precision sys-2522信号发生器设置为1 khz频率和5vp-p正弦波，并具有2.5 v直流漂移。使用评估板软件记录数据。软件分析是评估板软件的一部分，使用户可以采集并分析直流和交流性能。该软件及其特性见ug-340用户指南。
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