Guy Hoover

緩沖現代16位/18位模數轉換器（ADC）所需的高速運算放大器通常消耗與ADC本身一樣多的功率，最大失調規格通常約為1mV，遠高于ADC。如果需要多個多通道ADC，功耗會迅速上升到不可接受的水平。

本文介紹的簡單緩沖器能夠驅動 LTC2372-18 8 通道 ADC，并在涉及的輸入信號在 DC 至 1kHz 范圍內，以極低的功耗實現接近數據手冊的 SNR、THD 和失調性能。

電路說明

LTC?2372-18 是一款低噪聲、500ksps、8 通道 18 位逐次逼近寄存器 （SAR） ADC。LTC5-2372 采用單 18V 電源運作，實現了 –110dB THD （典型值）、100dB （全差分）/95dB （偽差分） SNR （典型值），失調為 ±11LSB （最大值），而耗散僅 27mW （典型值）。

LT?6016 是一款雙通道軌至軌輸入運放，其輸入失調電壓小于 50μV （最大值），每個放大器僅吸收 315μA （典型值）。它還提供單通道和四通道 （LT6015 / LT6017）。

圖 1 所示電路示出了配置為同相緩沖器的 LT6016 運放，用于驅動 LTC2372-18 的模擬輸入。每個運算放大器的典型功耗僅為3.7mW。對于所有八個通道，功耗僅為30mW，與ADC的功耗大致相同。LT6016 采用單 5.25V 電源運行并啟用 ADC 的數字增益壓縮模式可將總運放功耗降低一半以上，達到 13mW，但代價是 SNR 略有下降。

圖1.LT6016 緩沖器驅動 LTC2372-18 8 通道 SAR ADC

緩沖器輸出端的 RC 濾波器最大限度地減小了 LT6016 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。

電路性能

圖 2 示出了由圖 32768 電路全差分驅動的 LTC2372-18 的 1 點 FFT。在 114ksps 時，THD 為 –98dB，SNR 為 5.400dBFS，與 LTC2372-18 的典型規格相比相當。

圖2.圖32768電路的1點FFT

圖 3 示出了 LTC2372-18 的偽差分和全差分模式在數字增益壓縮關閉和接通的情況下的 SNR 與采樣速率的關系。在數字增益壓縮關斷的情況下，LT6016 的電源電壓為 +8V/–3.6V。在數字增益壓縮接通的情況下，LT6016 采用單 5V 電源運行。SNR 在數字增益壓縮關閉時保持在 94dBFS（偽差分）/98.5dBFS（全差分）和數字增益壓縮開啟時的 92.1dBFS（偽差分）/96.6dBFS（全差分）相當平坦，所有模式均高達 500ksps。

圖3.偽差分和全差分模式下圖1所示電路的SNR與采樣速率的關系

圖 4 示出了 LTC2372-18 的偽差分和全差分模式在數字增益壓縮關閉和打開的情況下的 THD 與采樣速率的關系。在這里，對于偽差分模式，THD在110ksps時開始上升到–300dB以上，對于全差分模式，THD在115ksps時開始上升到–400dB以上。數字增益壓縮對THD性能的影響很小。在全差分模式下，THD 絕不會低于 –100dB，直至達到 LTC500-2372 的全 18ksps 采樣速率。

圖4.圖1電路的偽差分、全差分THD與采樣速率的關系，帶和不帶增益壓縮

圖5顯示了在數字增益壓縮關閉的情況下偽差分模式下緩沖器和ADC的耦合失調誤差與采樣速率的關系。偏移最初小于3LSB，并且在采樣速率達到400ksps之前不會降低。

圖5.偽差分模式下圖1所示電路的失調誤差與采樣速率的關系

圖6顯示了400ksps采樣率下的失真與輸入頻率的關系。高于1kHz時，所有模式的失真都會上升。

圖6.圖1電路的失真與輸入頻率的關系

結論

演示了 LTC2372-18 18 位、500ksps、8 通道 SAR ADC 的簡單驅動器 — 由配置為同相緩沖器的 LT6016 低功率精準雙通道運放組成。每個運算放大器的功耗僅為3.7mW （典型值），在數字增益壓縮模式下，ADC采用單1V電源供電，可將功耗降至6.5mW。

在采樣速率小于300ksps時，在增益壓縮關閉的情況下，SNR測量為94dB（偽差分）/98.5dB（全差分），在數字增益壓縮開啟的情況下，SNR為92.1dBFS（偽差分）/96.6dBFS（全差分）;THD 測量值為 –110dB（偽差分）/–115dB（全差分），數字增益壓縮關閉或打開。失調測量小于3LSB （偽差分），增益壓縮關閉。在 300ksps 以上，性能逐漸下降，直至達到 LTC500-2372 的全 18ksps 采樣速率。

審核編輯：郭婷