中心議題：

• 選擇最佳放大器驅動SAR模數轉換器

解決方案：      

• 采用單端類型，並且必須將其轉換成差分信號
• 采用一個低噪聲
  、快速穩定的雙通道運算放大器
• 一種方法是完全跳過差分轉換

在本文中，我們在驅動SAR(逐次逼近寄存器)ADC的情況下將考慮一下這些問題。

SAR ADC在模數轉換器世界中被廣為使用。一般而言
，這類ADC介於高分辨率、低速Δ-Σ(增量累加)ADC和高速、較低分辨率的流水線型ADC之間。憑借其無延遲特性，在很多應用中，SAR ADC常常是比Δ-Σ ADC和流水線ADC更好的選擇，這些應用包括：具有多路複用信號的應用
，在任意空閑周期之後需要實現準確首次轉換的應用(如自動化測試設備)，以及ADC位於需要快速反饋的環路內的應用。
 　
在大多數情況下
，傳感器的輸出都不能直接連接到SAR ADC的輸入。需要一個放大器來獲得最佳的SNR(信噪比)和失真性能。SAR ADC將jiang輸shu入ru采cai樣yang至zhi內nei部bu電dian容rong器qi上shang，並bing以yi逐zhu次ci二er進jin製zhi加jia權quan序xu列lie對dui輸shu入ru電dian壓ya與yu基ji準zhun電dian壓ya進jin行xing比bi較jiao。當dang連lian接jie至zhi采cai樣yang電dian容rong器qi的de開kai關guan打da開kai時shi，由you於yu采cai樣yang電dian容rong器qi與yu輸shu入ru節jie點dian的de電dian 壓不匹配，電荷被注入輸入節點。在放大器和ADC之間放置了一個簡單的單極RC濾波器。除了能夠濾除高頻噪聲和混疊分量，它還能夠幫助吸收這種注入電荷。 在(zai)為(wei)這(zhe)種(zhong)濾(lv)波(bo)器(qi)選(xuan)擇(ze)截(jie)止(zhi)頻(pin)率(lv)時(shi)，必(bi)須(xu)謹(jin)慎(shen)小(xiao)心(xin)。截(jie)止(zhi)頻(pin)率(lv)應(ying)該(gai)設(she)定(ding)在(zai)足(zu)夠(gou)低(di)的(de)頻(pin)率(lv)上(shang)，這(zhe)樣(yang)才(cai)能(neng)有(you)效(xiao)吸(xi)收(shou)注(zhu)入(ru)電(dian)荷(he)並(bing)濾(lv)除(chu)噪(zao)聲(sheng)，但(dan)是(shi)頻(pin)率(lv)又(you)要(yao)設(she)定(ding)得(de)足(zu)夠(gou)高(gao)，以(yi)使(shi) 放fang大da器qi能neng夠gou在zai數shu據ju轉zhuan換huan器qi的de采cai樣yang時shi間jian內nei達da到dao穩wen定ding。因yin為wei單dan獨du使shi用yong這zhe種zhong濾lv波bo器qi不bu足zu以yi抑yi製zhi噪zao聲sheng，所suo以yi在zai放fang大da器qi輸shu入ru端duan
，一yi般ban還hai包bao括kuo一yi個ge截jie止zhi頻pin率lv更geng低di的de濾lv波bo器qi(參見圖 1)。

圖1：LTC2379 18位1.8Msps差分輸入SAR ADC。

驅動差分輸入SAR ADC

很多性能最高的SAR ADC都采用差分輸入，以最大限度地擴大低電源電壓的動態範圍。圖1所示的LTC2379-18就是這樣一個例子，該器件以2.5V的電源和高達5V的參 考電壓工作
，以達到10V的峰-峰值差分輸入範圍。如果輸入信號已是差分信號
，那麼，僅采用一個低噪聲、快速穩定的雙通道運算放大器(例如LT6203) 也許就能完全滿足緩衝信號並驅動ADC的需求。將這類放大器配置為單位增益緩衝器，可以為輸入信號提供高阻抗的輸入端。

不過，在很多情 況下
，輸入都采用單端類型，並且必須將其轉換成差分信號。用諸如LT6350的放大器可以很容易地完成這一任務。這類放大器由兩級組成：第一級產生一個非 倒相緩衝輸入信號
，第二級產生倒相輸出。如果輸入信號已經與ADC的輸入範圍相匹配，那麼，這個放大器就可以用來為信號提供一個高阻抗的緩衝器，如圖2a 所示。如果信號需要被縮放和移位
，以達到與ADC的輸入範圍相匹配

，那麼
，就可以采用圖2b所示的方法去做。在這個例子中

，單端的±10V信號被轉換成 0~5V的差分信號(R2和R3用來為信號移位
，RIN和R1用於縮放信號)。在精確的模擬電路中常被忽視的事情是，增益設定和電平移位電阻器之間需要高 度匹配。若采用精度為0.1%的分立式電阻器，則會出現隨著時間、溫度和共模電壓範圍而變化的失配

，失配程度之高很可能使其成為電路誤差的主要來源。使用 如LT5400的精確匹配電阻器將有助於減輕這個問題。

圖2：利用LT6350進行單端到差分轉換

放大器在電源電壓和輸出電壓之間需要留有餘地。為了保持最佳的精確度和線性度，輸出電壓一般必須比電源軌電壓低出0.5V或者更多，具體情況視放大器而定。這意味著，必須給放大器提供比ADC輸入範圍更寬的電源電壓，或者ADC必須從放大器接受一個受限的輸入範圍。某些ADC(如LTC2379-18) 具有“數字增益壓縮”功能
，該功能在內部設定ADC的滿刻度與地及參考電壓均相差0.5V。這允許使用單一5V供電的放大器與ADC的滿刻度匹配。

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驅動偽差分ADC

將單端模擬信號轉換為數字信號時
，另一種方法是完全跳過差分轉換
，而使用新型LTC2369-18等偽差分ADC代之。但這將因為輸入範圍變小
，而付出 失去多達6dB信噪比的代價。此外
，差分架構在本質上更易於消除偶次諧波。然而，堅持使用單端架構也有一些重要優點：驅動電路更加簡單，可以簡單到僅使用 一個諸如LT6202dedizaoshengkuaisuwendingdeyunsuanfangdaqi。wuxucaiyongdiergeyunsuanfangdaqiheduogedianzuqilaichuangjiandaoxiangshuru。chuleyongdaojiaoshaodeyuanqijian，gaidianluzaibenzhishanghaijuyou 更低的功耗以及噪聲。因為噪聲較低，抗混疊濾波器跟隨在放大器之後
，可以有更高的截止頻率。這使得放大器能夠更容易地在ADC轉換時間內實現穩定
，從而令 其在逐次轉換有可能在整個滿刻度範圍內發生變化的應用中成為了很好的選擇，正如具有多路複用信號的情形一樣。

需要再次強調的是，必須考 慮lv放fang大da器qi的de餘yu量liang

，即ji電dian源yuan電dian壓ya必bi須xu距ju離li放fang大da器qi的de輸shu出chu擺bai幅fu足zu夠gou遠yuan，以yi對dui信xin號hao進jin行xing無wu失shi真zhen驅qu動dong。在zai大da多duo數shu情qing況kuang下xia，這zhe意yi味wei著zhe必bi須xu為wei放fang大da器qi提ti供gong負fu電dian壓ya軌gui。解jie決jue這zhe個ge問wen題ti 的一種方法是使用LTC6360之類的產品。這種新型放大器(圖3)為驅動SAR ADCerjinxingleyouhua，tajuyouyigechaodizaoshengjichengchongdianbeng
，yongyuchanshengzijineibudefudianyagui。zaijinshiyongdanyizhengdianyuangongdianshi

，zheyangbiankeyunxushuchuyizhibaidongdaodi，shenzhibidigeng 低一些。LTC6360提供了極好的精確度(250μV偏移電壓
，2.3nV/√Hz噪聲)，同時還可快速穩定(150ns 穩定到16位)。

圖3：使用單電源時，LTC6360擺動到真正的0V。

本文小結

有幾種放大器的拓撲結構可用來驅動SAR ADC。最佳的選擇取決於輸入信號、ADC輸入架構和應用細節
，例如輸入信號是否為多路複用信號。此外，還需要考慮包括功耗、複雜性、性能和速度(轉換速率和穩定時間)等權衡因素。