驱动模数转换器的输入

1、驱动模数转换器的输入市场上的大多数高精度模数转换器都具有一共性'采样与保持'片上，其需要在每次转换前举行再充电。因此，通常采纳外部。不幸的是，采样会降低放大器的稳定性，因此，放大器会在其输出显示低电平振铃。从而很难在十分短的时光内（400毫微秒）为采样电容器举行再充电使其达到十分高的精度 (40 v)。本文将对此问题举行说明，并解释如何优化。大部分模数转换器的输入均可衔接到采样电容器。在举行转换之前，电容器充电可达到输入（参见图1a）。输入开关关闭。在t0时，通过打开输入开关保持信号（图1b）。现在，转换器可以处理信号了。电容器（包括开关）通常称为'采样与保持阶段。图1

2、：a) 采样及 b) 保持输入信号期间的采样与保持阶段模数转换器的设计人员必需确定此电容器的容量。电容器容量越大，采样噪声（kt/c噪声）越低。不过，电容器需要在转换器的采样期间（采集时光）再充电。以下例子解释举行此操作的难度。公司 (ti) 推出的 ads8361 是一款 500khz的16 位模数转换器。其采样电容器的容量是20pf，采集时光大约为 400 ns。信号应起码建立到最低有效位 (lsb) 大小的一半，其可以按照满量程 (fsr) 举行计算：1 lsb = fsr / 216也可以用法此数据计算再充电过程所需的带宽 (f3db)：在采集时光内 (ta=400ns)，运算放大器必

3、需建立到 lsb 的一半，对于16位转换器来说，其为满量程 (fsr) 的1/216+1。假如输入信号vin 在一次转换期间按照fsr转变到下一次转换，而且再充电是一阶指数曲线的话，则在电容器(vc)的输入端收到以下电压：假如驱动运算放大器的输出受到限制，则建立与时光不是指数关系，而是时光线性关系，运算放大器转换（图2）。这会增强建立时光。图2：再充电电容性负载运算放大器的建立行为 (settling behaviour)再次假设两次转换输入信号的变量是满量程。对于 ads8361 来说即为 5v。假如转换采纳一半采集时光，则运算放大器的转换率 (sr) 必需起码为：sr = 5v/0.2us

4、=25v/us。而且最大输出电流必需大于：不幸的是，大多数放大器都存在电容性负载方面的问题。电容器旨在降低驱动放大器的相位裕度，并使其变得不稳定。因此，放大器的输出通常会浮现某些振铃（图3）。图3：振铃放大器的建立行为其振铃普通很小，用法不能观看到，但是利用模数转换器可以测量到。因此，dc 输入电压需要被施加到驱动运算放大器。在转换器的输入代码随不断增强的采集时光振荡时，则很可能放大器存在振铃。为了防止放大器产生振铃，需要从电容器断开放大器。这可以通过在放大器与电容器之间放置来实现（图4）。图4：转换器的模拟前端电阻的最大值 (rmax) 可以利用在式 (1) 中计算得到的时光常数来计算： =

5、 rmax * crmax =/ c = 1.7k 请注重，替代电阻可以用法 rc 组合。此状况下，必需为上式中的内部电容器 c 增强一个外部电容器 cex。另外，需要增强模数转换器的输入电阻 ()，其在大部分状况下都可以被忽视，由于转换器的输入电阻惟独几欧姆。此电阻可以带来其他优势，只要最大输出电流高于以下值，放大器就不会再转换：imax = fsr/r (= 5v/1.7k = 2.90ma). (3)这使其建立行为更具有可预测性。假如谐波失真 (thd) 是应用的重要规范的话，则最大电阻可能会受到应用的限制。电阻器与采样电容器共同构成了一个低通。因此，在模数转换器的输出代码中只能看到低于

6、公式 (2) 所计算的3db频率的系统噪声的频谱。另外，驱动放大器也会增强应用的噪声。为了确保其噪声不高于系统噪声，其总的均方根噪声应小于转换器的噪声。假设转换器的均方根噪声大约为 30uv。其与180uv 的峰至峰噪声相关（大约 ads8361的2.5lsb）。利用公式 (2) 所计算的4.7mhz 带宽，放大器的噪声应当低于：噪声 = 30uv/sqrt (4.7mhz) = 13.8nv/sqrt (hz)请注重，这只是一种粗略估算。因为只以20db/十进制降低，用法模数转换器可以看到某些高于 3db 的噪声。为了更好的估算，频率需要乘以 1.5。另外， ads8361 具有差分输入。因

7、此，会在正、负输入端注入噪声，其在算式中增强一个 sqrt(2) 因数：噪声 = 30uv/(sqrt(2)*sqrt (4.7mhz*1.5) = 8nv/sqrt (hz)。 (4)此噪声与放大器的带宽无关（假如其带宽高于 3db）。对于 ads8361 来说，可以用法 ti的 opa227 放大器，为了增强裕度，外部电阻应低于 1.7k（大约 1.2k）。目前，放大器的统一增益带宽应等于或大于 rc (f3db, rc = 1/(2rc) = 6.6mhz) 3db。最大输出电流应起码为 4.2ma（公式(3)，噪声应低于 6.7nv（公式(4)。opa227 可以满足全部要求，并且以合理的价格提供卓越的偏移。opa227 还可以为差分输入或多信道应用提供双运放或四运放版本。模数转换器需要合适的模拟前端。假如不精心挑选