《运放与a》word版

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1、运放与ADC3.3驱动ADC输入端WaltKester,PaulHendriks3.3.1概述运放通常用作ADC的驱动器，它将输入信号放大、平移至ADC要求的输入范围内。首先，通常需要使用运放实现抗混叠滤波器阻抗匹配；其次，在有些情况下，抗混叠滤波器是有源的，因而它本身就包含运放；最后，有些ADC的输入端在转换过程会产生瞬态电流，因此必须利用运放将信号源和ADC输入端隔离。本节主要研究在驱动高性能ADC时遇到的各种问题。首先，并非一定要使用运放。有些转换器具有相对良性的输入级电路，可以直接和信号源相接。实际上ADC的输入级电路并没有业界标准，因此每

2、种ADC在设计其输入电路时必须仔细审查相关性能。在有些应用中可能需要变压器驱动。假如因为各种理由必须加入运放，那么选型的任务是十分艰巨和复杂的。图3-21列出了一些约束和变化条件。最重要的要求是运放不能明显降低ADC的直流和交流性能。因此，应该首先仔细比较运放和ADC的数据手册，以便做出合适的选择。但是事实上很少这样做。问题是，只有在精确了解ADC驱动电路结构的基础上，才能掌握运放的实际性能指标。因此，即使拥有一份详尽的数据手册，也可能因为影响因素太多而无法掌握所有的信息。尽管运放和ADC的数据手册可以作为选型的参考资料，但是在实际电路拓扑未知的情

3、况下，仍旧无法预测运放和ADC的总体性能，在高性能应用中更是如此。运放或ADC的数据手册中经常会推荐各种测试应用电路，但是当推出新款运放后这些参考就过时了。然而，大多数情况下，还是应当将ADC数据手册的应用部分作为测试接口的主要参考。3.3.2与ADC应用相关的运放主要指标目前ADC最流行的两种应用是精密高分辨率测量和低失真高速系统。精密测量应用要求ADC至少具有16位分辨率，有时甚至要求24位。与这些ADC接口的运放必须具有低噪声和极佳的直流性能。事实上，高分辨率测量ADC通常设计成直接与传感器相接，因而完全省去了运放。如果必须使用运放，应当在充

4、分掌握其直流性能指标的情况下选型。相关指标如图3-22所示。由于运放的交流性能与应用电路紧密相关，因此很难列出完整的交流性能指标。例如，图3-23所示的关键指标是取自AD8057/AD8058低失真高速运放(见参考文献1)的数据手册。注意这些指标与供电电压、信号电平、输出负载等条件都有关。还需强调的是，大多数运放的数据手册通常只提供典型的交流指标(最大、最小值)。此外，当工作在低压单/双电源下时，输入和输出共模电压范围将受到限制。大多数运放的数据手册都包括一节，专门补充运放在其他条件下的性能数据。例如，图3-24是AD8057/AD8058的失真与

5、频率关系(G=+1，VS=±5V)。除非特殊说明，本曲线表示的数据都是典型值。图3-24和图3-25提供的数据都是在负载为150Ω时测得。而运放在大多数应用中的典型负载阻抗为75Ω。通常，负载越轻(比如大多数ADC的输入典型阻抗为500~1000Ω)，失真也越小，但是数据手册中不一定会提供这些数据。另一方面，如图3-25所示，在5~20MHz频率段，失真是输出电平的函数。上述指标是否足够用于选择一个用于驱动ADC的运放，主要取决于运放的指标与ADC实际工作条件要求的匹配程度。很多情况下，这些比较将至少会缩小运放选型范围。下一节将讨论各种ADC使用的

6、专用驱动电路实例，其中涵盖高分辨率测量型及低失真高速型应用。3.3.3驱动高分辨率Σ-Δ型测量ADCAD77XX系列ADC是专用于高分辨率(16~24位)、低频率传感测量应用的ADC。其具体工作条件参见参考文献2，主要特性如图3-26所示。该系列的某些器件，如AD7730具有高输入阻抗，它能将Σ-Δ调制器与前端PGA输出的瞬态电流隔离开来，因此，驱动这类输入信号时无需特别的运放。然而，AD77XX系列的其他型号中有些不含内部缓冲器，有些即使片上集成了缓冲器，也可以通过编程控制接通或断开。缓冲器旁路可以略微改善噪声性能。图3-27是不含输入缓冲器的A

7、D77XX系列的等效输入电路。其输入开关在10pF采样电容和地之间切换。内部7kΩ电阻RINT，是输入选择器的导通电阻。开关频率取决于输入时钟的频率和内部PGA的增益。如果转换器工作在20位精度下，那么10pF内部电容CINT必须在它与输入端接通时充电至20位精度。这个时间等于开关信号的半个周期。内部RC的时间常数约为70ns(因为R=7kΩ，C=10pF)。如果电荷能达到20位精度，那么电容必须充电14个时间常数，即980ns。注意，在输入端串入电阻会增大时间常数。AD77XX系列ADC的数据手册中有专门的表格给出在保证精度的情况下允许的最大RE

8、XT。如果外部源电阻超过数千欧姆就应该查阅这些表格。注意，为了获得最佳性能，有些转换器需要采用外部运放缓冲器。这时应选用精