作者：Clarence Mayott and Clarence Mayott

LTC?2195 系列超低功率、雙通道 16 位、25Msps 至 125Msps 模數轉換器 （ADC） 的功耗僅為競爭產品 16 位解決方案的一半，從而延長了便攜式電子產品的電池運行時間。盡管每通道僅消耗 ~1.5mW/Msps，但 LTC2195 并沒有為了節省功耗而回避性能，從而在基帶 （0MHz–62.5MHz，第一奈奎斯特區）產生了 76.8dB 的信噪比 （SNR） 和 90dB 的無雜散動態范圍 （SFDR）。串行LVDS輸出減少了路由ADC數據所需的數據線數量，同時最大限度地減少了數字反饋。

信號路徑設計

LTC?2195 系列是需要 16 位性能和超低功耗以延長電池壽命的應用的理想解決方案。便攜式醫療成像設備就是一個很好的例子。在許多成像應用中，來自圖像傳感器的信號在由ADC采樣之前必須經過調理。對于此任務，選擇一款與 ADC 性能相匹配的低噪聲、低功耗放大器非常重要，例如 LTC6406，它非常適合 LTC2195 系列。

LTC?6406 是一款全差分放大器，具有低噪聲 （輸入端為 1.6nV/√Hz） 和高線性度 （+44dBm OIP3 在 20MHz） 內，采用小型 3mm × 3mm QFN 封裝。外部電阻設置增益，為用戶提供最大的設計靈活性。低功耗 （采用 3.3V 電源時為 59mW） 將對系統功率預算的影響降至最低。該放大器還具有一個可擴展至 0.5V 的共模電壓范圍，這意味著它可以與具有一個 0.9V 標稱共模電壓的 LTC2195 無縫配對。

通常，圖像傳感器的輸出是單端的。這需要在ADC采樣之前進行單端至差分轉換。如果還需要響應直流，則不能使用變壓器。這種情況需要一款能夠執行單端至差分轉換的低噪聲放大器，如LTC6406。

放大器后面必須有一個濾波器，以降低放大器的寬帶噪聲，并將放大器的輸出與ADC輸入隔離開來——ADC輸入會產生與采樣電容換向相關的共模毛刺。濾波器有助于衰減這些毛刺，保護放大器。不需要高階濾波器，因為放大器的噪聲相當低。轉折頻率為12MHz時，此處使用的濾波器就足夠了——它不會降低ADC的性能。

最終濾波器應設計為僅降低放大器的寬帶噪聲，而不是作為具有陡峭過渡帶的選擇性濾波器。濾波器中的陡峭過渡帶會增加插入損耗并降低放大器的OIP3，從而導致圖像傳感器信號失真。圖1所示電路實現了這一目標。

圖1.成像應用。

結果

圖2顯示了該電路的性能。結果表明，在低輸入頻率下，放大器的線性度不會降低ADC的SFDR。信噪比也保持不變，為76.5dB。當 LTC6406 在單位增益下使用時，其 SNR 或 SFDR 不會降低其性能。

圖2.圖1中電路的FFT結果，其中F為FS= 125毫秒 F在= 1兆赫。

修改

對于此設計，可以進行一些權衡來更改系統的性能。首先，增益可以通過增加反饋電阻或減少源電阻來改變。通常，源電阻由傳感器本身的輸出阻抗設置。然后使用反饋電阻來修改放大器的增益。LTC6406 可用于根據圖像傳感器的輸出產生衰減或增益。隨著放大器增益的增加，穩定放大器所需的補償電容量減小。在此單位增益應用中，1.8pF足以產生良好的結果。如果放大器用于衰減信號，則需要更大的電容。

圖1中的低階、低通濾波器以12MHz的截止頻率衰減放大器的寬帶噪聲。該截止頻率可以通過減小最終電容器的值來提高。由于放大器不能驅動低阻抗，并且ADC希望在其模擬輸入端看到低阻抗，因此濾波器的阻抗已經過優化，以滿足放大器和ADC的要求。如果需要更高階的濾波器，則應將其放置在終驅動放大器之前，并且應在放大器級中使用更多的增益，以適應濾波器中的插入損耗。最終放大器和ADC之間需要一些濾波。即使是簡單的RC低通濾波器也比將ADC直接驅動到放大器中要好。

關于 LTC2195

LTC?2195 是一款 16 位 125Msps、同步采樣、雙通道 ADC，采用單 1.8V 電源工作。該電路可輕松應用于該系列的14位或12位成員，或以低得多的采樣速率采樣的轉換器。LTC2195 系列還包括具并聯輸出的雙通道和單通道 ADC。LTC2185、2 通道 ADC 和 LTC2165 單通道 ADC 具有與 LTC2195 相同的出色 16 位性能和低功耗，但具有并行輸出，可簡化收集數據所需的 FPGA 代碼。這些靈活的 ADC 可選擇 CMOS、DDR CMOS 或 DDR LVDS 輸出，具有可編程數字輸出定時、可編程 LVDS 輸出電流和可選的 LVDS 輸出端接。LTC2185 和 LTC2165 還具有常用的隨機發生器和交替位極性功能，有助于減少數字反饋。雙通道 LTC2185 還提供引腳兼容的 14 位和 12 位版本，它們還為高速 ADC 提供了卓越的性能和極低的功耗。完整的系列如表1所示。

結論

LTC?2195 是適合功耗敏感型、高分辨率傳感器應用的理想 ADC，而 LTC6406 則非常適合用作驅動器放大器 — 它不會影響 LTC2195 的性能，而且其功率要求也很低。ADC的數據手冊性能可以通過使用相對低階的濾波器來降低放大器的寬帶噪聲，從而輕松實現。LTC2195 和 LTC6406 的配對是任何便攜式圖像傳感器應用的理想組合，兼具卓越的性能和低功耗。

審核編輯：郭婷