华纳国际娱乐app下载中心

2023-09-12 09:09:49 来源：EETOP

常见问题解答：为15Msps 18位ADC设计输入波音bbin平台时应该考虑哪些因素

简介

ADC 波音bbin平台是数据采集信号链设计的关键构建模块。 ADC 波音bbin平台用于执行许多关键功能，如输入信号幅度调整、单端至差分转换、消除共模偏移，并经常用于实现滤波。本技术诀窍与综合知识 (KWIK) 电路常见问题解答 (FAQ) 笔记讨论如何从单端输入信号产生经调整的差分输出信号，并对信号进行电平转换以确保其满足ADC满量程的性能需求。

为了帮助回答这个常见问题，我们将使用 LTC6228 （一款低噪声、低失真、高速轨到轨输出运算放大器）和 LTC2387-18 SAR ADC 。我们将利用噪声计算显示设计对信号链解决方案的整体 SNR 性能的影响。

图 1. – 通过调整和电平转换实现单端至差分转换

华纳国际娱乐官网平台

对于本例，设计要求规格如表 1 所示，输入信号为 0V 至 5V 正弦波。此设计自始至终将使用图 1 所示的 ADC 波音bbin平台电路。该电路的功能是将单端输入信号转换、调整、移位为适当的差分输出信号，以便它能轻松地与信号链中的下一级（即 ADC ）连接。

为了分析图 1 所示电路的性能，我们将使用信噪比 (SNR) ，获取每一级的噪声贡献并将其用于整体计算。计算中使用的 LTC2387-18 ADC 的 SNR 和 LTC6228 的频谱噪声密度均来自相应数据手册中的规格。

表1.设计目标主要规格

规格	设计要求
输入单端	0 至 5V
输出共模	2.048V
差分输出	8.192Vp-p
电源 +Vs/-Vs	+7V/-3V
ADC 全差分	18 位
Vref	4.096V
SNR	93dB

请注意，对于本例，可以忽略 1/f 噪声的影响，因为目标频率远高于 1/f 区域，并且选定的元器件（如图 1 所示）经过优化可以最大限度地减少噪声贡献。

设计技巧/注意事项

1. 在单电源和双电源之间进行选择时，应考虑如下一些因素：由于信号链的裕量要求，单电源可能意味着信号摆幅降低，这可能导致 SNR 降低；双电源供电必须产生负电源轨，增加了复杂性，但由于可用裕量增加，信号摆幅可以更高，因此 SNR 性能高于单电源情况。从表 1 可以看出，我们使用了 +7V/-3V 的不对称电源，这种电源电压配置可提供足够的裕量以确保输入和输出范围得以保持。

2.V_Bias 如图 1 所示，此信号用于将第一级的输出信号电平转换为与 ADC 输入匹配所需要的共模电压电平。从图 1 可以看出，这是通过使用电阻分压器来简单实现的，其中基准电压 Vref 用作源。

电容 C5 用于消除分压器产生的噪声。

注意：

• 波音bbin平台网络的阻抗应等于反馈网络的阻抗。这一点在无法使用内部偏置电流抵消功能时很重要。这种配置将确保由偏置电流引入的额外失调电压会被降低。

• 如果使用内部偏置抵消功能，则应使用高电阻值，以降低该分压器网络的功耗。

3. 为减少失真误差， RC 滤波器应使用高质量电容（如 C0G (NP0) ）和电阻。

4. 使用大于计算值的标准电阻值。

5. 如果不关心功耗问题，则两级的反馈电阻和增益电阻值可降至 301 Ω，以提高 ADC 和波音bbin平台信号链的 SNR 性能。

华纳国际娱乐注册开户

（讨论参考图 1 ）

• 信 号调整和电平转换

• 使用转换函数求解 R1

应该注意的是，对于低电阻值， LTC6228 的电压噪声占主导地位。随着电阻增加，电阻噪声开始占主导地位。随着电阻继续增加，电流噪声占主导地位。

如果选择 R2 的电阻值为 499 Ω，则设计的噪声和功耗可以取得良好的平衡。

求解 R1

• 计算 V_Bias 电压值。这是利用 V_i 和 V_o 的共模电压来完成的。目标是将第一级放大器的输出电平转换为 2.048V 。

V_ocm = 2.048V 且 V_icm = 2.5V

然后计算 V_bias ，如下所示：

• 计算比率，确保达到所需的偏置电压 (V _bias ) 。假设 R8 = 499 Ω可在输入引脚处实现平衡阻抗，然后计算 R7 。分压器网络的噪声由 C5 滤除

• 电路噪声分析：

• 第一级输出 - 电压噪声计算

第一级输出端的总电压噪声 ( ) 可使用下式计算：

其中：

– 运算放大器的电压噪声， LTC6228 为

– 电流噪声 * 源阻抗引起的噪声

– 电阻噪声

计算第一级的噪声增益：

求解电流噪声引起的电压噪声贡献。根据 LTC6228 数据手册，电流噪声密度为。

• 第二级输出 - 电压噪声计算

使用相同的步骤计算第二级的总电压噪声。

利用公式 1 和上面计算的值，第二级的为：

• 噪声带宽计算

计算每一级的有效噪声带宽，以将电压噪声转换为有效值噪声。

使用二阶滤波器的第一级有效噪声带宽

使用以下公式求解有效噪声带宽 BW_n 。这里， k 为参考砖墙 LPF 的校正因子，在本例中它是 1.22 ， n 为滤波器的阶数。

第二级有效噪声带宽：三阶滤波器

• 噪声谱密度至有效值噪声的转换

将各级的频谱密度转换为等效有效值噪声。

求解

• 计算 ADC 波音bbin平台总噪声

计算 ADC 波音bbin平台的总差分电压噪声。

• ADC 噪声计算

求解满量程输入信号的 ADC 电压噪声。使用 4.096Vp 或 2.9Vrms ， SNR_adc = 95.7dB 。

• 信号链 SNR 计算

根据计算出的 ADC 波音bbin平台和 ADC 噪声计算预期的 SNR 性能。

a. 满量程输入信号

b. -1.7dBFS 输入信号：

其中 -1.7dBFS = 2.38V_RMS

华纳国际娱乐

图 1 中电路的性能是使用 LTSpice 仿真工具进行仿真的，以确定是否符合主要目标规格。

从仿真试验台得到的结果如图 2 - 图 6 所示

图 2. – 输入信号调整

图 3 . 输出共模电压 VOCM

图 4 ：差分输出

图 5 RMS 差分噪声

图 6. 总噪声， ADC + 波音bbin平台

表2.设计目标与仿真

参数	设计目标	仿真
输出单端	4.096 Vp	4.085 Vp
输出共模电压	2.048 V	2.054 V
差分输出	8.192 Vp-p	8.189 Vp-p
ADC 波音bbin平台噪声 (RMS)	<38.46 µV	22.2 µV
波音bbin平台 + ADC 噪声 (RMS)	<61.3 µV	52.5 µV

测量结果

使用 LTC6228 评估演示板和 LTC2387-18 评估演示板获取测量结果。对于本例，输入信号设置为 -1.7dBFS 。此信号链的实测 SNR 为 92.13 dB 。该结果比计算出的 SNR (93.1 dB) 低大约 1 dB 。 1 dB 的差异很可能是由于电路板的寄生效应和所用元器件的容差导致的非理想效应。为实现预期的满量程 SNR ，将测量值增加 1.7dB ，结果将达到 93.83dB ，高于电路设计的目标 SNR 性能。