簡介

LTC2387-18是一款高速SAR（逐次逼近寄存器）ADC，適用于高線性度，低噪聲應用。該ADC能夠以高達15Msps的速率進行采樣，從而可以轉換頻率為幾MHz的信號。它非常適合在此頻率范圍內轉換脈沖和連續信號。本文將討論對設計用于向ADC提供連續正弦信號的驅動器的需求。噪聲性能使得1MHz音調將產生超過96dBFS的SNR。該音調的總諧波失真通常超過-100dB。要將ADC驅動至滿量程，需要8.192V pk-pk的差分輸入信號。

許多傳感器和信號源不會產生這么大的電壓擺幅，或者無法驅動相對較低的輸入阻抗的ADC。緩沖電路最適合解決這些問題，但它們必須非常線性，并且對信號的噪聲很小。通常，緩沖電路必須向源提供阻抗，該阻抗不會過度加載，并提供電壓增益。如果整個電路要接近ADC滿足的規格，運算放大器，無論是單端還是差分，必須具有非常高的性能。

緩沖電路概述

如果差分輸入信號可用，緩沖電路將執行三個功能。首先，使用少量輸入低通濾波來限制到達放大器的噪聲頻譜。然后緩沖信號，通常每側有一個運算放大器。在某些情況下，緩沖器包括一些電壓增益。這樣可以減輕信號源的驅動要求，但會降低信噪比，因為這種增益可以放大來自信號源的噪聲。最后，信號在傳遞到ADC之前再次進行低通濾波。該功能由RC濾波器提供，進一步限制了到達ADC輸入的寬帶噪聲。濾波器還在濾波電容器之前提供一些串聯電阻，這使放大器具有較低的無功負載阻抗。電容用作來自ADC輸入電路的采樣瞬變的電荷儲存器。這減小了放大器輸出端的采樣電荷脈沖的大小。但是，如果電容太大，整個網絡將不會在采樣時刻之間完全穩定下來。在某些情況下，差分輸入信號不可用。然后緩沖電路必須執行從單端緩沖電路獲得差分信號的附加功能。

基本緩沖電路

用于驅動LTC2387-18的基本緩沖電路如下圖1所示。

放大器工作在+ 7.5V / -2.5V電源軌。輸入電路在31MHz附近提供低通極點，假設源阻抗為25Ω。較大的源阻抗值會降低此極點頻率。串聯電阻還滿足單位增益配置中ADA4899-1輸入端所需的25Ω。每個放大器輸出一個25Ω串聯電阻。由這些電阻形成的低通部分與82pF電容一起產生接近77MHz的極點。這些電容器盡可能大，不會降低網絡的建立時間。該電路非常簡單，對客戶信號源提供高負載阻抗。但是，它不提供電壓增益。它還僅適用于直流耦合信號;輸入信號的直流電平必須接近2.048V。該電路在300KHz至2.2MHz范圍內的性能數據如下圖2所示。

單端輸入信號緩沖電路

如果差分輸入信號不可用，則可以修改緩沖電路以接受單端輸入信號。圖3所示的原理圖就是一個例子。

該電路使用Vcm處的精密基準電壓來建立兩個輸出的共模電壓。這允許使用AC耦合輸入，但是為噪聲進入創建了一個途徑。在單位增益配置中，如圖3所示，參考電壓端口的任何噪聲或雜散信號在一對一增益的基礎上表現為輸出的差分干擾。為該端口選擇的參考電壓必須盡可能安靜，并在將其應用于運算放大器的同相端之前進行嚴格濾波。反相放大器周圍的串聯和反饋電阻也會給輸出帶來寬帶噪聲。最大限度地減小這些電阻的大小對于降低這種影響至關重要。即使經過精心設計，參考電阻和電阻的影響也相當大，并且這種配置的SNR比真正的差分緩沖電路低幾dB。單端緩沖電路的性能數據如圖4所示。

具有吸收濾波器電路的緩沖器

簡單緩沖電路輸出端使用的濾波器僅由一個串聯電阻和一個并聯電容組成。這種濾波器的選擇性很差，并且在轉角頻率附近呈現給放大器的阻抗很低。濾波器部分的輸入阻抗非常高，并且在通帶內隨頻率快速變化。這種類型的濾波器通過反射而不是吸收來抑制帶外信號。具有更多極點和吸收元件的濾波器可以提供更好的負載阻抗以及更多的帶外抑制。這種濾波器的一個例子如圖5所示。

該濾波器在大部分通帶內的負載阻抗為300Ω，在1MHz時降至150Ω。 3dB角接近9MHz，提供比簡單RC濾波器窄得多的通帶。吸收式驅動板使用圖5中的濾波器的差分版本來提供更好的SNR。簡化原理圖如下圖6所示。

該電路可輕松配置為提供電壓增益;圖7顯示了電壓增益為4的示例。

兩個電路的性能數據如下圖8所示。

反饋放大器+吸收濾波器

到目前為止提供的電路非常簡單，使用運算放大器，然后是低通濾波器。還評估了一種更復雜的方法，該方法采用局部和全局反饋來改善放大器的線性度。主放大器是LTC6404，它是一種低噪聲，低失真差分放大器。此放大器之后是兩個AD8002電流反饋運算放大器。這些運算放大器有兩個用途。首先，它們提供的電壓增益為4，可將LTC6404的2V峰峰值輸出電壓擺幅轉換為驅動ADC達到滿量程所需的8V峰峰值擺幅。此外，這些運算放大器是電流反饋器件，這意味著它們提供更高的壓擺率和更低的輸出阻抗。這兩個屬性都非常適合通過前面描述的吸收式低通濾波器驅動ADC輸入。

此電路的性能數據如下圖10所示。

此處提供的電路和數據顯示，有些情況下可能會因電路復雜性或失真而改善SNR ， 例如。請注意，此處提供的數據是使用單個DC2290A演示板進行的，由緩沖電路的獨立演示板驅動。