凌力爾特具有?>101dB?SNR?的?18?位?SAR?ADC?新系列一定令你振奮吧，誰(shuí)會(huì)不振奮呢??不過(guò)你的付出得到所希望的回報(bào)了嗎??為了實(shí)現(xiàn)異常寬的動(dòng)態(tài)范圍，你需要確保在信號(hào)最大時(shí)，利用該?ADC?的整個(gè)滿標(biāo)度范圍。換句話說(shuō)，你需要運(yùn)用所有代碼。怎樣才能做到這一點(diǎn)呢?

ADC?信噪比?(SNR)?的定義是，ADC?可以處理的最大信號(hào)與該?ADC?噪聲層之比。為了實(shí)現(xiàn)高達(dá)?102dB?的?SNR，LTC2379?系列規(guī)定了?10Vpp?的差分輸入范圍，這意味著兩個(gè)輸入每一個(gè)都可以在?0V?至?5V?范圍內(nèi)擺動(dòng)。

在?ADC?前面會(huì)有一個(gè)放大器。該放大器的作用是充當(dāng)一個(gè)良好的電壓源，以給?ADC?的采樣電容充電。ADC?輸入是放大器輸出，因此，針對(duì)從?0V?至?5V?擺動(dòng)的?ADC?輸入，該放大器的輸出必須在?0V?至?5V?范圍內(nèi)擺動(dòng)。

如果有范圍很寬的電源軌可用，那么事情就很容易。例如，也許你已經(jīng)有部分前端靠?±15V?的電源運(yùn)行。在這種情況下，任何靠這種軌運(yùn)行的運(yùn)算放大器，其輸出都可以在?0V?和?5V?之間擺動(dòng)。你可以使用?LT1468?實(shí)現(xiàn)極好的?DC?準(zhǔn)確度和快速穩(wěn)定時(shí)間，或者使用?LT1124?實(shí)現(xiàn)非常低的漂移和低的?1/f?噪聲，還可以使用封裝非常小的?LT6011?實(shí)現(xiàn)微功率運(yùn)算放大器。

如果你不喜歡使用?±15V?這種范圍很寬的電源，但仍然想要在?0V?至?5V?的整個(gè)范圍內(nèi)擺動(dòng)，那么你可以僅針對(duì)最后一級(jí)放大器提供特殊的電源軌，例如?-2V?至?+7V。驅(qū)動(dòng)?LTC2379-18?的?LT6350?的參考設(shè)計(jì)準(zhǔn)確地做到了這一點(diǎn)?(參見(jiàn)圖?1)。用?+7V?電源給?5V?基準(zhǔn)供電也很方便。

圖?1：通過(guò)用?+7V?至?-2V?的電源給?LT6350?供電，可以為每個(gè)?ADC?輸入從?0V?至?5V?擺動(dòng)提供大量空間。這是?DC1783A?演示電路板上演示的缺省參考設(shè)計(jì)。

不過(guò)，如果你想用單一?5V?電源軌給放大器供電，會(huì)發(fā)生什么情況呢??你也許認(rèn)為，利用軌至軌運(yùn)算放大器，剛好有足夠的空間以擺動(dòng)在?0V?至?5V，但實(shí)際上你是做不到的。軌至軌輸出級(jí)并非是真正軌至軌的。這種輸出級(jí)充其量也只能達(dá)到與每個(gè)軌相差約?10mV?的電壓，而且這還是在硬限幅的情況下實(shí)現(xiàn)的，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致較慢的飽和恢復(fù)時(shí)間。如果需要良好的線性度?(低失真)，那么輸出電壓通常應(yīng)該與每個(gè)軌相距至少數(shù)百毫伏。例如，新的低功率差分運(yùn)放?LTC6362?(參見(jiàn)圖?2)?用單一?5V?電源工作。其輸出可以擺動(dòng)至與任一電源軌相差約?100mV?的范圍，該器件在與任一軌相差?250mV?以內(nèi)時(shí)，保持?>110dB?的線性度。如果你設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，讓感興趣的最大信號(hào)不超過(guò)這個(gè)范圍，那么就運(yùn)用了至少?90%?的?ADC?代碼，這意味著，你實(shí)現(xiàn)了與所申明的動(dòng)態(tài)范圍相差?1dB?的范圍。在很多情況下，這就是最好的解決方案了。實(shí)際上，這會(huì)讓人安心，因?yàn)槟阒婪糯笃鞅ＷC不會(huì)超過(guò)?(或惡化、損害)?ADC?的輸入范圍。這自然而然起到了保護(hù)作用。

圖?2：即使每個(gè)輸出擺動(dòng)至與最接近的軌相差?250mV?以內(nèi)時(shí)，LTC6362?差分運(yùn)算放大器仍然保持?>110dB?的線性度。這給以缺省模式運(yùn)行的?LTC2397-18?ADC?提供了?-1dBFS?的擺幅。如果以數(shù)字增益壓縮?(DGC)?模式配置?ADC，那么為了仍然運(yùn)用該?ADC?的所有代碼，LTC6362?的輸出僅需要?8Vpp?的差分?jǐn)[幅。

LTC2379?系列提供稱(chēng)為數(shù)字增益壓縮?(DGC)?的創(chuàng)新性功能。接通這個(gè)功能時(shí)，ADC?將等于基準(zhǔn)電壓?10%?至?90%?的電壓擺幅視為滿標(biāo)度。以這種方式工作時(shí)，采用一個(gè)?5V?基準(zhǔn)，放大器輸出僅需要在?0.5V?至?4.5V?范圍內(nèi)擺動(dòng)，以及仍然可以使用?18?位?ADC?的所有?262,144?個(gè)代碼。你可以相應(yīng)擴(kuò)展前端增益，并以?18?位分辨率獲得滿標(biāo)度，同時(shí)放大器僅用單一?5V?電源運(yùn)行。即使用上了所有代碼，動(dòng)態(tài)范圍仍然會(huì)縮小一點(diǎn)，因?yàn)?a href="http://www.makelele.cn/analog/" target="_blank">模擬電壓擺幅從?10Vpp?減小到了?8Vpp，同時(shí)熱噪聲仍然保持不變。就?18?位?ADC?而言，量化噪聲非常小，以至于僅熱噪聲才需要重視，因此在數(shù)字增益壓縮模式，會(huì)損失大約?2dB?的?SNR。就?16?位?ADC?而言，在數(shù)字增益壓縮模式僅損失?1dB?SNR，因?yàn)槟氵€會(huì)從相應(yīng)減小的量化噪聲中受益。

單端?(或偽差分)?LTC2369?系列不支持?jǐn)?shù)字增益壓縮，這是故意為之的，因?yàn)榫蛦味藛螛O性信號(hào)而言，接近零的性能通常是最重要。當(dāng)信號(hào)很小時(shí)，你恰恰最重視高性能?ADC?的精細(xì)分辨率和低噪聲性能。就差分?ADC?而言，當(dāng)兩個(gè)輸入相等時(shí)，就得到了“零”。就單極性單端?ADC?而言，當(dāng)輸入信號(hào)接地時(shí)，得到“零”。因此，為了實(shí)現(xiàn)這種接地連接，你的確需要放大器能擺動(dòng)至地。如果沒(méi)有外部負(fù)電源可用，那么?LTC6360?可以用來(lái)解圍。這款低噪聲、DC?準(zhǔn)確的高速運(yùn)算放大器內(nèi)部包括一個(gè)內(nèi)置的充電泵，該充電泵在芯片上產(chǎn)生一個(gè)小的負(fù)偏置電壓，以給輸出級(jí)供電。采用這種方式，輸出可以完全擺動(dòng)至?0V，而不會(huì)接近失真或限幅狀態(tài)。在高壓端，LTC6360?的輸出可以擺動(dòng)至大約?4.5V。你或者可以將這定義為最大信號(hào)，并滿足在?5V?基準(zhǔn)的滿標(biāo)度之?1dB?內(nèi)，或者使用?4.096V?基準(zhǔn)并在滿標(biāo)度范圍內(nèi)擺動(dòng)。后一種系統(tǒng)完全靠單一?5V?電源工作，甚至包括基準(zhǔn)本身?(參見(jiàn)圖?3)。

圖?3：LTC6360?運(yùn)算放大器包括一個(gè)內(nèi)置的超低噪聲充電泵，該充電泵允許輸出完全擺動(dòng)至?0V，而不會(huì)產(chǎn)生任何失真跡象。采用這種方式，可以開(kāi)發(fā)一個(gè)徹底的單電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)仍然可以向?LTC2379-18?偽差分?ADC?提供相應(yīng)于滿標(biāo)度?(包括零)?范圍擺動(dòng)的電壓。這個(gè)例子使用了一個(gè)?4.096V?基準(zhǔn)，以便?LTC6655?基準(zhǔn)?IC?也可以用?5V?模擬電源供電。

以上所有內(nèi)容均探討的是驅(qū)動(dòng)?ADC?的運(yùn)算放大器的輸出擺幅。下面，我們應(yīng)該把注意力轉(zhuǎn)移到輸入擺幅限制上了。

有時(shí)，你想讓最后一級(jí)運(yùn)算放大器做的全部事情就是緩沖信號(hào)并將信號(hào)輸入到?ADC，而不提供任何增益或電平移動(dòng)。就一個(gè)配置為單位增益的運(yùn)算放大器而言，輸入擺幅與輸出是一樣大的。這里的問(wèn)題仍然是，如果你有范圍很寬的電源軌可用，例如?±15V?或?-2V?至?+7V，那么不存在任何問(wèn)題。但是，如果你想用單一?5V?電源讓運(yùn)算放大器工作，那么有可能產(chǎn)生一種想法，即認(rèn)為所需做的所有工作僅是，在很多軌至軌輸入運(yùn)算放大器中選出一個(gè)，然后一切都將正常工作。不過(guò)，軌至軌輸入級(jí)實(shí)際上是由兩個(gè)并聯(lián)輸入級(jí)組成的：一個(gè)在輸入接近正軌時(shí)工作；另一個(gè)在輸入接近負(fù)軌?(或地)?時(shí)工作。這兩個(gè)輸入級(jí)每個(gè)都有自己的失調(diào)電壓。當(dāng)信號(hào)從一個(gè)輸入級(jí)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)輸入級(jí)時(shí)，在“切換”點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)失調(diào)電壓階躍。這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)轉(zhuǎn)移函數(shù)的非線性。你需要查看運(yùn)算放大器的數(shù)據(jù)表，以弄清楚是否在兩種狀態(tài)下都對(duì)失調(diào)進(jìn)行了微調(diào)。如果沒(méi)有進(jìn)行微調(diào)，那么非線性就可能對(duì)?16?位或?18?位?INL?性能有很大的不利影響。另一方面，LTC6360?在整個(gè)輸入工作范圍內(nèi)對(duì)失調(diào)進(jìn)行了嚴(yán)格的調(diào)整。結(jié)果，即使信號(hào)在?0V?至?4V?范圍內(nèi)擺動(dòng)時(shí)，仍然能保持諧波失真低于?-100dB，這個(gè)范圍涵蓋了切換點(diǎn)，就這款運(yùn)算放大器而言，切換點(diǎn)電壓約為?3.6V。

另一種降低運(yùn)算放大器輸入擺幅要求的方法是，采用負(fù)輸出配置的放大器。例如，如圖?4?所示，LT6350?的每一個(gè)運(yùn)算放大器都配置為負(fù)輸出，以便運(yùn)算放大器輸入的?DC?電壓保持在電源電壓范圍中間的某個(gè)部位。這樣，與輸入共模模式?jīng)]有問(wèn)題。諸如?LTC6362?等差分運(yùn)算放大器本身就總是負(fù)輸出。當(dāng)用于如圖所示的單端至差分轉(zhuǎn)換時(shí)，運(yùn)算放大器輸入確實(shí)有擺動(dòng)，但擺幅遠(yuǎn)小于信號(hào)本身的幅度。請(qǐng)注意，在每一個(gè)負(fù)輸出配置中，電路的輸入阻抗都是電阻性的，因此必須確保前面的電路能驅(qū)動(dòng)這個(gè)電阻。

圖?4：通過(guò)以負(fù)輸出模式配置?LT6350?的第一個(gè)運(yùn)算放大器，該?IC?的輸入電壓沒(méi)有變化，即使給這個(gè)電路加上一個(gè)?±10V?的信號(hào)。LTC2379-18?的數(shù)字增益壓縮將運(yùn)放輸出的?0.5V?至?4.5V?擺幅轉(zhuǎn)換為滿標(biāo)度，從而即使僅用單一電源供電，也可提供所有代碼。

總之，凌力爾特提供全線放大器解決方案，以使所需的信號(hào)進(jìn)入性能最高的?16?位和?18?位?ADC。