干货三！较大限度提高∑-∆ ADC驱动器的性能

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电路设计优势

ADI最新ADC中实现的这些更易于驱动或减轻负担的特性，对整个信号链都有一些重大影响。ADC设计人员将一些驱动问题引入ADC芯片本身的关键优势，在于该解决方案可以设计为尽可能高效地满足ADC的信号要求，从而解决一些问题，包括输入带宽和放大器稳定性。

减小流入ADC输入端的电流，从而减少反冲，意味着放大器要处理的电压阶跃较低，但仍然具有与标准开关电容输入相同的完整采样周期。

减小给定时间内要建立的阶跃电压，与使用较长时间来建立较大阶跃意义相同。净效应是放大器现在不需要如此宽的带宽来将输入充分建立到同一最终值。带宽减小通常意味着放大器功耗更低。

看待这种情况还有一种方式：想象一下，通常认为没有足够带宽来使给定ADC输入建立的放大器，现在能够在使能预充电缓冲器的情况下实现充分建立。

ADI应用笔记AN-1384介绍了一系列放大器在三种功耗模式下与AD7768配合使用时可实现的性能。此文档介绍的放大器之一是ADA4500-2,当不使用预充电缓冲器时，它难以在中功率模式下使AD7768的输入建立(THD>-96dB)。但是，当使能预充电缓冲器时，性能显著提升到优于-110dBTHD。

ADA4500-2是一款10MHz带宽放大器，在给定模式下使AD7768建立所需的带宽约为12MHz，我们看到，易驱动特性现在支持使用这种较低带宽放大器。因此，这些特性不仅使得前端缓冲电路的设计更加容易，而且还允许更自由地选择元器件以保持在系统功耗或热限值范围内。

流入ADC模拟输入引脚的电流减小的第二个优点，是现在流过串联电阻（其用作输入RC网络的一部分）的电流减小。

对于传统ADC输入，相对较大的电流意味着只能使用小值电阻，否则会在该电阻上产生很大电压降。这里的大压降可能导致ADC转换结果中出现增益误差或线性误差。

然而，使用较小电阻值也有挑战。使用较小电阻实现相同的RC带宽意味着要使用更大电容。但是，这种大电容与小电阻组合可能导致缓冲放大器不稳定。

使用易驱动特性时遇到的电流减小情况，意味着可以使用较大值电阻而不会影响性能，并能确保系统稳定。

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电路性能优势

考虑上文所述的电路设计优势，很明显，使用这些特性还能获得性能优势或进一步改善性能的机会。

已经提到的优势，即能够利用较低带宽放大器实现更好的性能，也可以用于扩展更优化系统的性能。例如，即便是已充分建立的输入信号，当最终建立发生时，输入之间仍可能存在一些不匹配。因此，使能预充电缓冲器之类的特性将意味着这种最终建立会小得多，故而能够实现最高水平的THD，而以前这是不可能的。

流过RC网络串联电阻的电流减小也有利于性能。此外，不仅输入电流显著降低，而且它几乎不依赖于输入电压。THD也能得到改善，因为输入对上电阻的任何不匹配都会导致ADC输入端看到较小电压差，并且电压降不具有信号依赖性。

较低的输入电流对失调和增益精度也有影响。由于绝对电流减小，以及信号相关的电流变化减少，每个通道或每个电路板上的元件值变化导致失调和增益误差发生较大变化的可能性也较小（同理，较低电流导致串联电阻上的电压变小）。利用预充电缓冲器可以实现更好的绝对失调和增益误差规格，系统内不同电路板或通道的性能也会更为一致。

在ADC采样速率为适应不同信号采集需求而变化的系统中，例如在数据采集卡中，较低电流还有另一个好处。在没有预充电缓冲器的情况下，输入无源元件上的电压降随ADC的采样速率而变化，因为在较高采样速率下，ADC输入电容常常会更频繁地充电和放电。这同时适用于模拟输入路径和基准输入路径，ADC将此电压变化视为与采样速率相关的失调和增益误差。

但是，当使能预充电缓冲器时，绝对电流以及相应的绝对电压降在开始时会小得多，因此ADC采样速率变化引起的电压变化也会低得多。在最终系统中，这意味着当调整采样率时不大需要重新校准系统失调和增益误差，并且失调和增益误差对ADC采样速率的变化不那么敏感。

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成本优势

易使用特性的主要优点之一与总成本有关。各方面的设计和性能优势导致开发成本和运行成本有可能降低。

• 更简单的设计意味着设计工作量减少，完成第一个原型的时间更快。
• 原型设计一次成功的机率更大。
• 易驱动特性支持更低的带宽，因而可以使用较低成本的放大器。
• 失调和增益优势可以减少工厂校准。
• 性能改进可以减少现场校准或按需校准，从而减少停机时间和/或提高产量。

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使用AD7768-1的实例

表2显示了A-1384应用笔记中的一些测量数据，此数据有助于设计人员选择合适的放大器来驱动AD7768-1。ADC表格中的例子说明，当使能预充电特性时，改善幅度相当明显。具体来说，THD的改善是上面提到的减轻ADC加之于驱动电路的负担的综合效应的结果。例如，当使能预充电缓冲器时，采用 ADA4945-1放大器的配置使THD提高4dB。类似地，ADA4807-2电路使THD增加18dB。这些例子表明：高性能的放大器，当与ADI的许多最新ADC提供的易驱动特性结合时，可以实现一流的性能水平。

表2. 使用不同放大器的AD7768-1性能

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结论

由于转换器的反冲和带宽要求，设计一个驱动无缓冲ADC的电路并非易事，需要适当的方法和折衷考虑。很多时候，所需电路将决定整体系统的THD、SNR和功耗等方面的性能。ADI采用SAR和∑-∆技术的最新精密转换器集成了一系列特性，可最大限度地减小转换器输入电流。这将使反冲最小，大大减少并简化外部电路，实现以前无法实现的规格数值。SAR和∑-∆技术因而更易于使用，工程时间得以缩短，系统特性得到改善。

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