几乎无噪声、适用于成像应用ADC驱动器

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1、几乎无噪声、适用于成像应用的ADC驱动器凌力尔特公司混合信号产品DerekRedmayne无论就采样率还是就信噪比而言，CCD(电荷耦合器件)和其他传感器对数字转换器都有很高的要求。传感器输出一般是以地为基准的一系列模拟电平(像素)，在像素的边沿之间可能出现瞬态信号。像素数量增加时，捕获图像所需的ADC采样率也随之提高，就大多数大动态范围应用而言，20Msps流水线型ADC是足够的。为确保所采样信号具备最高SNR性能，ADC的驱动电路必须提供低阻抗、快速稳定以免引入宽带噪声以及对传感器呈现高输入阻抗。本文描述一种用于传感器和高

2、性能ADC之间的接口电路，该接口电路不会损害SNR性能。LTC227016位流水线型ADC系列适用于高端成像应用。该系列器件具备84.1dBSNR，对成像应用非常有吸引力，这些器件还同时具有非常好的SFDR(超过100dB)。输入范围为2.1VP-P，远小于大多数成像器件的输出，因此需要衰减和电平移位。这些ADC的输入必须用良好平衡的差分驱动信号来驱动。通常可从传感器获得的单端驱动会迫使内部虚拟接地吸收共模输入电流，这可能引起性能下降。这些ADC还是功率非常低的器件，仅为每通道80mW。差分驱动实际上是低功率运行的基础，因为单

3、端驱动需要额外的功率，以在ADC中保持一个稳定的内部基准点。这些器件用1.8V电源工作，这决定了相应的输入范围，如果没有其他因素要求必须这么做，那么就远离这一电源轨吧。远离这一电源轨对防止差分相差很重要，差分相差常常与内部保护二极管的压变电容有关。这就是困境所在：既能执行单端至差分转换又不损害ADCSNR的差分放大器必然具有低的输入阻抗（或电阻值很小的电阻器），由于这种差分放大器必须快速稳定至16位准确度，所以其功耗有可能达到4倍于ADC本身功率的量级。LTC6409差分放大器是一个产生良好结果的典范，但仅消耗260mW功率，

4、因此仅为了实现电平移位，就要求周围的网络消耗大约40mW功率。此外，为了实现低噪声和保持相位裕度，需要电阻值相对较低的电阻器，这种电阻器也会消耗信号功率。结果，这类差分放大器具有很低的输入阻抗。为了向CCD提供高阻抗而需要的缓冲器也造成了一种困境。该缓冲器必须具有低噪声，能在不到25ns时间内稳定，能以足够大的dV/dt转换以在瞬态时保持闭环工作。此外，该缓冲器必须能驱动低输入阻抗差分放大器。然而，应用要求低功耗。如果期望放大器用单电源轨工作，那么这一困境会更严重。大多数差分放大器都有若干问题，因为它们或者需要在放大器之后进行

5、一定程度的频带限制，以至于稳定时间受到损害，或者在增益低于1(噪声增益低于2)时不是非常稳定，因此往往7会振铃。很多这类放大器与1.8VADC不是共模兼容的，或者它们没有足够的空间来容纳双终接滤波器或允许在放大器之后进行电平移位。LTC6404是一个很好的案例。该器件在单位增益时是稳定的，不像有些器件那样会振铃，有可能与放大器之后的衰减器一起使用，但是输入参考噪声是1.5nV。相比之下，LTC6409的输入参考噪声为1.1nV。LTC6404的噪声密度峰值频率远高于100MHz，该器件消耗175mW，而且与LTC2270所要求

6、的900mV共模电压并不真正兼容。如果在该器件之后有一个滤波器并进行电平移位，那么阻抗就会大到一定程度，需要消耗大约80mW功率，从而使分压器中的电压下降。该放大器有可能用+3.3V和–2V电源工作，以解决共模兼容性，而且在放大器之后无需电平移位，就可产生更大的信号摆幅。但是负电源常常不是设计师可以接受的。放大器可用的稳定时间也许不是整个时钟周期。电源也许决定了这一点，但是存在一个ADC在相反的时钟边沿上产生的干扰，即使放大器未受干扰，这也会使滤波器仅有1/2时钟周期的稳定时间。如果放大器受到这种事件的干扰，那么它就不会给滤波

7、器留下很多的稳定时间。为了稳定到16位，简单的RC需要大约14个时间常数，就20Msps而言，这会导致大约90MHz的带宽。随着稳定过程的发生，放大器由于采样，会受到一定程度的干扰，这意味着，简单后置滤波器的带宽必须扩展至130MHz至150MHz，以给放大器留出一定的稳定时间来响应这个干扰。不幸的是，这将使得在放大器的峰值频率区域有噪声通过。更高阶滤波器也许能从之前的奈奎斯特(Nyquist)区更显著地降低噪声影响，但是未必会非常快速地稳定。本文描述的电路可以驱动具备84.1dBSNR、采用17pF采样电容器的25MspsL

8、TC2270系列。在20Msps及更低采样率时，阻抗可以提高，功耗可以降低。例如，采样率高于30Msps时，需要一种更常用的、包括一个快速缓冲器的拓扑，其后跟着一个LTC6409这样的差分放大器。在这种情况下，也可以使用LTC6404-1。几乎无噪声的解决方案图1中的电路是我