高精度18位 5 MSPS 低功耗数据采集信号链

电路图简介：所示电路是一款完整的18位、5 MSPS、低功耗、低噪声、高精度数据采集信号链解决方案，功耗仅122 mW。基准电压源、基准电压源缓冲器、驱动放大器和ADC提供优化解决方案，具有业界领先的99 dB SNR和−117 dB THD。由于具有功耗低和PCB尺寸小的特点，该电路适合便携式应用。

电路功能与优势

　　图1中的电路是一款完整的18位、5 MSPS、低功耗、低噪声、高精度数据采集信号链解决方案，功耗仅122 mW。基准电压源、基准电压源缓冲器、驱动放大器和ADC提供优化解决方案，具有业界领先的99 dB SNR和−117 dB THD。由于具有功耗低和PCB尺寸小的特点，该电路适合便携式应用。

　　图1. 18位、5 MSPS信号链（未显示所有连接和去耦）

　　电路描述

　　ADA4897-1是驱动高精度、18位、5 MSPS SAR ADC AD7960 的理想选择。ADA4897-1是一款低噪声（1 nV/√Hz典型值）和低功耗（3 mA）轨到轨输出放大器，带宽为230 MHz，压摆率为120 V/μs，0.1%建立时间为45 ns。

　　ADA4897-1运算放大器的输入信号经820Ω/100 pF网络过滤，该网络带宽为2 MHz。针对AD7960 ADC输入的额外过滤由33Ω/56 pF网络提供，该网络带宽为86 MHz。后一个滤波器有助于降低来自AD7960容性DAC输入的反冲，并限制进入AD7960输入端的噪声。

　　电路使用+7 V和-2.5 V电源，用于ADA4897-1驱动器的输入，以最大程度降低功耗，实现最佳系统失真性能。ADA4897-1 具有轨到轨输出级，可摆幅至每供电轨的150 mV以内。+7 V 和−2.5 V电源提供的额外裕量具有出色的失真性能。

　　AD7960差分输入范围由5 V或4.096 V外部基准电压源设置。图1中，5 V基准电压源由 ADR4550提供，该基准电压源具有高精度、低功耗（950μA最大工作电流）、低噪声特性，最大初始误差为±0.02%，提供出色的温度稳定性和低输出噪声性能。 AD8031用于缓冲外部基准电压源和AD7960的共模输出电压，适合各种应用，从高带宽电池供电系统到元器件密度要求具有更低功耗的高速系统。AD8031具有大容性负载稳定性，可驱动去耦电容，用于最大程度降低瞬态电流引起的电压尖峰。

　　AD7960数字接口使用低电压差分信号（LVDS）实现高数据传输率。用户必须对AD7960施加LVDS CLK+/CLK− 信号，才能向数字主机传输数据。

　　AD7960是一款5MSPS、18位转换器，具有±0.8 LSB INL、 ±0.5 LSB DNL、100 dB DR，功耗仅为46.5 mW。如图1所示， AD7960采用+5 V （VDD1）和+1.8 V（VDD2、VIO）电源。使用 ADP7104 和 ADP124等LDO可产生所需的5 V和1.8 V电源。

　　AD7960可将一对反相模拟输入信号（IN+和IN−）的差分电压转换为数字输出信号。模拟输入IN+和IN−要求共模电压等于基准电压的一半。低噪声、低功耗放大器AD8031缓冲来自低噪声、低漂移ADR4550的+5V基准电压，还可缓冲 AD7960的共模输出电压（VCM）。ADA4897-1配置为单位增益缓冲器，以0 V至5 V相位相反的差分对（180°反相）驱动 AD7960的输入。图2显示典型积分非线性与AD7960输出代码的函数关系，并位于±0.8 LSB的规格范围内（采用5 V外部基准电压源）。

　　图2. AD7960典型积分非线性与输出代码的关系（5 V基准电压源）

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　　直方图与FFT性能

　　图3中的直方图以及图4中的FFT曲线显示该电路的精密性能，采用5 V外部基准电压源。使用 EVAL-AD7960FMCZ评估板获取数据，使用Audio Precision SYS-2702作为信号源。

　　图3. 典型直方图（5 V基准电压源）

　　图4. 1 kHz、−0.5 dBFS输入音FFT（5 V基准电压源）

　　欲查看完整原理图和印刷电路板的布局，请参见CN-0277 设计支持包： www.analog.com/CN0277-DesignSupport

　　常见变化

　　AD7961是一款16位、5 MSPS PulSAR®差分ADC，与AD7960 PulSAR®系列引脚兼容，因此如果只要求具有16位性能时，可代替图1电路中的AD7960使用。AD7960系列支持4.096 V 或5 V外部基准电压源。EVAL-AD7960FMCZ板允许通过跳线选择 ADR4540 （4.096 V）或 ADR4550 （5 V）。

　　连接基准电压源的各种选项可通过AD7960的EN［0:3］使能引脚控制，如AD7960数据手册中所述。若需0 V至5 V输入范围，则ADR4550基准电压源可与 AD8031 基准电压源缓冲器一同使用。可以通过将AD7960的使能引脚设为EN［0:3］ = ‘X001’ or ‘X101’实现。

　　如果需要，ADA4897-1和AD8031单通道运算放大器可用它们的双通道版本（分别为ADA4897-2和 AD8032）来替代。

　　如需获得最佳的噪声和失真性能，则必要时可在电路中使用具有单位增益稳定、超低失真、1 nV/√Hz电压噪声的运算放大器ADA4899-1 （15 mA）代替ADA4897-1。

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