微功耗運算放大器驅動8通道18位同步采樣ADC

用于驅動18位模數轉換器（ADC）的運算放大器通常消耗與ADC本身一樣多的電源電流，其最大失調規格通常遠高于ADC。如果需要多個ADC通道，這些驅動器的功耗會迅速上升到不可接受的水平。

如果需要 18 位精度（信噪比、THD、V操作系統），但采樣速率不高，并且輸入信號為低頻或直流，因此所提供的簡單緩沖器能夠驅動 LTC2348-18 8 通道同步采樣 ADC。它還實現了與SNR、THD和失調性能的典型規格相當的性能，功耗非常低。

電路說明

LTC?2348-18 是一款低噪聲、8 通道同步采樣 18 位逐次逼近寄存器 （SAR） ADC，具有寬輸入共模范圍。LTC2348-18 在一個 ±10.24V 的輸入范圍內，實現了 –109dB THD （典型值）、96.7dB SNR （典型值） 和一個 ±550μV （最大值） 的失調，同時在 200ksps 時僅耗散了 140mW （典型值）。當以本應用的10ksps速率工作時，通過使用器件的NAP模式，ADC的功耗降至45mW （典型值）。

LT?6020 是一款雙通道微功率、5V/μs 精準軌至軌輸出運放，其輸入失調電壓小于 30μV （最大值），每個放大器僅吸收 100μA （最大值）。

圖 1 所示電路示出了配置為驅動 LTC2348-18 模擬輸入的同相緩沖器的 LT6020 運放。每個運算放大器的最大功耗僅為3mW。對于所有八個通道，加起來只有24mW，約為10ksps時ADC功耗的一半。

圖1.LT6020 緩沖器驅動 LTC2348-18 8 通道同步采樣 SAR ADC

緩沖器輸出端的 RC 濾波器最大限度地減小了 LT6020 的噪聲貢獻，并降低了由多路復用器和輸入采樣電容器引起的采樣瞬態的影響。對于所選的RC時間常數，R值應盡可能小，以減少電阻兩端的壓降。如果不允許濾波器輸出完全建立，則會導致增益誤差。R值必須足夠大，以防止運算放大器輸出端出現過多振鈴，從而增加建立時間并增加失真。

LTC2348-18 提供了兩種不同的操作模式。第一種是全差分模式，它要求每個通道的兩個模擬輸入由單獨的放大器驅動。第二種是偽差分模式，它僅驅動一個模擬輸入，同時將另一個輸入接地。第二種模式由圖1所示電路使用。使用偽差分驅動意味著所需的元件更少，功耗更低。使用此模式的缺點是 INL 會略微降級。

電路性能

圖 2 示出了由圖 1 中的緩沖器偽差分驅動的 LTC2348-18 的 8192 點 FFT。THD 為 –108dB，在 10ksps 時 SNR 為 95.8dBFS，這與 LTC2348-18 的典型規格相比非常出色。

圖2.圖1電路的8192點FFT

圖3顯示了SNR和THD與采樣速率的關系。信噪比在96dBFS附近保持相當平坦，最高可達10ksps。THD在10ksps時開始上升到–108dB以上。

圖3.圖1電路的SNR和THD與采樣速率的關系

圖4顯示了SNR和THD與輸入頻率的關系。SNR 和 THD 均從 LTC2348-18 的典型規格在 100Hz 以上緩慢降級，直到 1kHz SNR 為 94dBFS 和 THD 為 –85dB。

圖4.圖1電路的SNR和THD與輸入頻率的關系

圖 5 顯示了 LT6020 驅動器和 ADC 與采樣速率的組合失調誤差。失調最初小于1LSB，當采樣速率超過10ksps時開始下降。

圖5.圖1電路的ADC和驅動器組合失調與采樣速率的關系

結論

LTC2348-18 18 位、200ksps、8 通道同步采樣 SAR ADC 的簡單驅動器 — 由配置為同相緩沖器的 LT6020 低功率精準雙通道運放組成 — 每個運放僅消耗 3mW （最大值），而在 10ksps 時，LTC2348-18 僅耗散 45mW。在10ksps的采樣速率下，SNR測量值為95.8dB，THD –109dB，偏移測量值小于1LSB。

審核編輯：郭婷