PDF《设计笔记》

01/16/1032 设计笔记 用于 LTC2377-20 的DC 精密驱动器 可实现 2ppm 线性度 C 设计要点

1032 Guy Hoover 引言 随着模数转换器 (ADC) 的分辨率和采样率持 续上升,其模拟输入的驱动电路(而不是模数 转换器本身)日益成为决定整个电路精度的限 制因素.

首先,驱动电路必须能够缓冲输入信 号并提供增益.此外,还必须能够进行电平转 换或将单端信号转换为全差分信号,以满足 ADC 的输入电压范围和共模要求.所有这些 都必须在不给原始信号增加失真的情况下完 成. 本 设计要点 介绍一种简单的 ADC 驱动器电 路,它将 ±10V 单端输入信号转换为全差分信 号,能够以仅 2ppm 的综合线性度误差驱动 LTC?2377-20

20 位SAR ADC.此外,还分析了 可提供更高输入阻抗和更低总体电源电流的选 项. 电路说明 图1中的电路可以将 ±10V 单端信号转换为 LTC2377-20 (U1) 所需的 ±5V 全差分信号. LTC2377-20 是一款

20 位、500ksps 的低功耗 SAR ADC,具有 ±0.5ppm 典型积分非线性 (INL). AIN 的电压被 U4 缓冲, 其随后驱动 U5 电阻串,充当精密分压器.U3 以C1/2 增益运 行,并驱动 U5 电阻串的中心,以将 ADC 共 模电压保持在 VREF/2. U3 和U4 是LT?1468A 低失调高线性运算放 大器.U5 是LT5400A 四通道匹配电阻网络, 其保证最高失配为 0.01%.U5 中的匹配电阻值 非常重要, 因为任何失配都会导致电路出现失调 和满量程误差. 出于此原因, 以及其极低的电压 系数,所以请不要使用分立电阻器来代替 LT5400A. R4 为U3 的输出提供 1/4 标度移位. R1 和R2 构成分压器, 这给 U3 的同相输入端 施加了 VREF/2 的偏置电压. 、LT、LTC、LTM、Linear Technology 和Linear 徽标是 Linear Technology Corporation 的注册商标. 所有其他商标均属各自所有人 所有. 图1. ±10V 输入范围、20 位、500ksps 数据采集系统具有 2ppm INL R5 和R6 将反相放大器 U3 的增益设置为 C0.5. C

10、C12 和U5 电阻器组合形成 ADC 输入端 的1.4MHz 滤波器. 此外, U5 的引脚

1 和引脚

8 之间的电阻器有助于将 U4 输出与 ADC 从保持 模式进入采样模式时会出现的电荷高峰隔离开来. 由于 LTC6655A-5 (U2) 能够快速从转换期间 REF 引脚上发生的瞬变中稳定下来,且本身的噪声很 低,因而被选作该电路的基准. 电路性能 该电路的典型交流性能包括 C123.5dB 的THD 和102.7dBFS 的SNR、500ksps 采样速率,以及100Hz 输入信号.您可以在图

2 的FFT 中 查看此性能.THD 和SNR 的性能接近于 LTC2377-20 数据手册中的典型值,表明在使用 此驱动器时性能下降很小. 如图

3 所示,在采样速率为 500ksps 的情况下, 组合电路在整个 ±10V 输入信号范围内的典型 线性性能为 +2ppm、C1.3ppm.线性度受 ADC 的INL 和运算放大器 U4 的CMRR 的限制. ADC 输入端的合并失调, 包括源自 U

4、 U5 和U1 的失调,测量值为 +50μV.U3 的失调对该 驱动器的失调没有任何影响.对ADC 输入失 调进行最坏情况分析通过加入 U

1、U4 和U5 的最大失调进行计算: 图2. 组合电路 FFT VOS(MAX) = BZE(Max)U1 + VOS(MAX)U4/2 + (VREF/2 C VREF/(2 + ΔR/R(Max)U5)) VOS(MAX) = 13ppm ? 10μV/ppm + 75μV/2 + (5/2 C 5/(2.0001)) ? 1E6μV VOS(MAX) = 292μV = 29.2ppm LT1468A 的最大输入偏置电流为 ±40nA.对于 需要更高输入阻抗的应用,可以使用 LT1122A 替换 U4. LT1122A 是一种快速稳定的 JFET 输 入运算放大器,最大输入偏置电流为 75pA.在 此电路中使用 LT1122A 之后,INL 为+6ppm、 C1.1ppm, 具体请参见表