驱动单极性精密ADC的单/双通道放大器配置(第1部分)

2015-01-28 15:39:29来源: Alan Walsh和David Whitney ADI公司
简介 
 
      传感器输出与ADC接口的最常见问题之一是:如何让X V到Y V的信号范围适应ADC的输入范围。 本文介绍多种不同的配置,其利用单通道或双通道运算放大器来缩放信号并进行电平转换,以使单极性ADC的范围最大。 通常,无论单端还是差分,单极性ADC的输入范围都是从地到VREF电压。 本文还会介绍常见全差分放大器(FDA)配置。 
 
      对于给定功率水平,FDA可实现最佳性能,但合适的FDA并不是总能找到。不过,单通道和双通道运算放大器的选择范围更广,可用来构建定制前端。 本文旨在介绍不同的配置,讨论各种配置的用法和利弊,但并不涉及选择适当的放大器及周边无源元件等细节,因为后者须视具体情况而定。 
 
单端/伪差分输入ADC 
 
      单端/伪差分ADC常常是低分辨率或低性能转换器,提供简单的低功耗信号链,只有一条信号路径。 但是,它并不具备差分输入的噪声抑制能力或额外信号摆幅。 
 
单位增益驱动器 
 
      这是一种纯粹的ADC驱动功能,无信号调理。 当前一级的驱动能力不够时,它为ADC提供高输入阻抗。 这种配置的噪声和功耗最低,因为没有附加电阻。 在单电源应用中,信号摆幅可能会受输入或输出放大器裕量要求的限制。 对于差分输入,可利用两个单位增益驱动器来实现高阻抗输入,参见CN0307。 

     
      
同相配置 
 
      允许给输入信号增加增益。 应注意,增加增益引起的放大器带宽降低并不影响驱动ADC输入。 这对所有配置都是如此。 实例参见CN0042。 

     
      带衰减/增益和电平转换的反相配置(+/-5/10V输入) 
 
通过R2/R1衰减,支持输入电压范围超出放大器电源电压。 这可以用于标准工业+/-10V IO。 放大器输入共模电压由R3/R4分压器从基准电压获得。 设置适当的R3/R4比值,以将信号电平转换到ADC共模电压Vref/2。 常见比值参见下表。 ADC输入端出现的信号反相,这可以通过数字方式来纠正。 实例参见CN0194/CN0254。 

     

全差分输入ADC 

全差分输入ADC提供更高的分辨率和性能,但信号链也更为复杂,功耗会增加。 差分信号链提供更好的噪声抑制能力和更大的信号摆幅(为单端ADC的两倍)。 多数差分单极性ADC要求将输入共模设置为Vref/2,以使信号摆幅最大。 这可能需要对输入信号进行电平转换。 
 
单端至差分转换 
 
这是差分ADC需要使用的最常见配置之一,因为传感器输出是单端信号,或者前一级是仪表放大器。 以下配置显示了执行单端差分转换的不同方法及其利弊。 
 
高阻抗情况下的单端差分转换 
 
此电路可在需要高输入阻抗的情况下执行单端差分转换,但裕量要求会提高。 该配置中,R1=R2,R3=R4,Vsig范围是0-Vref。 将R1连接到Vsig而不是第一个放大器的输出端,可以降低噪声,并使IN+与IN-之间的相位延迟匹配得更好。 其代价是R1值会设置一个阻性输入。 

      
     
单电源情况下的单端差分转换 
 
对于单电源,可以利用轨到轨输出(RRO)放大器实现单端差分转换,对裕量的影响极小。 其代价是阻性输入。 该配置中,R1=R2,R3=R4,R5=R6,输入范围是0-Vref。 

     

关键字:ADI

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2015/0128/article_26410.html
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