集成低功耗输入驱动器和基准电压源的16位6 MSPS SAR ADC系统，针对多路复用应用优化

连接/参考器件

AD7625 16位、6 MSPS、PulSAR、差分ADC

ADA4897-1/ ADA4897-2 低功耗、低噪声、单路/双路放大器

ADR434 超低噪声XFET基准电压源，具有吸电流和源电流能力

AD8031/AD8032 2.7 V、800 μA、80 MHz单路/双路轨到轨I/O放大器

评估和设计支持

设计和集成文件

原理图、布局文件、物料清单

电路功能与优势

图1中的电路采用16位、6 MSPS逐次逼近型(SAR)模数转换器(ADC)和差分至差分驱动器组合，针对低功耗下的低噪声(信噪比[SNR] = 88.6 dB)和低失真(总谐波失真[THD] = −110 dBc)进行了优化。该电路非常适合于高性能多路复用数据采集系统，例如便携式数字X射线系统和安保扫描仪，因为SAR架构在进行采样时不会发生采用流水线式ADC通常会出现的延迟或流水线延迟。6 MSPS的采样速率可以实现多个通道的快速采样，该ADC具有真正的16位直流线性度性能和串行低压差分信号(LVDS)接口，以实现低引脚数和低数字噪声。

图 1. 驱动AD7625的ADA4897-1(未显示全部连接和去耦)

驱动器使用两个低噪声(1 nV/√Hz) ADA4897-1运算放大器，可在低功率水平下(每放大器3 mA)保持AD7625 ADC的动态性能。ADA4897-1具有45 ns的0.1%快速建立时间，非常适合多路复用应用。

这种组合可在很小的电路板空间中，以低功耗提供业界领先的动态性能，AD7625采用5 mm × 5 mm、32引脚LFCSP封装;ADA4897-1采用8引脚SOIC封装;AD8031采用5引脚SOT-23封装。

电路描述

ADA4897-1具有低失真(1 MHz频率下的无杂散动态范围[SFDR]为−93 dB)、0.1%快速建立时间(36 ns)和高带宽(230 MHz，−3 dB，G = 1)。两个ADA4897-1驱动器的增益均配置为1。单极点2.95 MHz低通RC滤波器使用20 Ω电阻和2.7 nF电容，放置在每个驱动器和ADC之间。该滤波器在AD7625的输入端限制运算放大器的输出噪声，并且提供一些带外谐波衰减。

通过使用配置为单位增益缓冲器的AD8031来缓冲AD7625的VCM输出电压(标称值为2.048 V)，设置ADA4897-1输出端的共模电压。共模偏置电压通过590 Ω串联电阻施加于输入端。AD8031非常适合驱动共模电压，因为它具有低输出阻抗，还可在出现瞬态电流时进行快速建立。

AD7625采用LVDS接口，可实现业界具有突破性的动态性能，信噪比为92 dB(6 MSPS)，具有16位(1 LSB)积分非线性(INL)性能。ADR434基准电压源(4.096 V)为低噪声、高精度的XFET基准电压源，具有较低的温度漂移。其源电流输出最高达30 mA，最大吸电流能力为20 mA。

ADR434提供8引脚MSOP或8引脚窄体SOICC封装。AD8031运算放大器可将ADR434输出端与AD7625的基准电压输入隔离开来，为REF输入端的瞬态电流提供低阻抗和快速建立。

双驱动器仅需要54 mW，与135 mW的ADC功率、12 mW的基准电压源和缓冲相加，整个电路仅产生201 mW的总功耗。

电路使用+7 V和−2 V电源，用于ADA4897-1驱动器的输入，以最大程度降低功耗，实现最佳系统失真性能。ADA4897-1输出级是轨到轨的，采用5 V单电源供电时，在150 mV和4.85 V之间摆动。但是，范围两端的额外2 V裕量可以提供低失真。

图2显示输入级使用+7 V和−2 V电源的电路交流性能。SNR = 88.6 dB，THD = −110.7 dB，20 kHz输入信号比满量程低0.6 dB(93%满量程)。

图2. 双电源(+7 V，−2 V)供电的AD7625和ADA4897-1，SNR = 88.6 dB，THD = −110.7 dB，基波幅值 = 满量程的−0.6 dB

图3. 单电源(5 V)供电的AD7625和ADA4897-1，SNR = 86.7 dB，THD = -101.1 dB，基波幅值 = 满量程的−1.55 dB

图3显示输入级使用5 V单电源的电路交流性能。SNR = 86.7 dB，THD = -101.1 dB，20 kHz输入信号比满量程低1.55 dB(84%满量程)。

电源电压从−2 V，+7 V降低至0 V，+ 5V，数据显示SNR大约降低1.9 dB，THD大约降低9.6 dB。

单电源配置适用于系统没有双电源但仍需达到高性能的用户。

常见变化

AD7625集成内部基准电压源，如果系统要求，还支持两个外部基准电压源。通过在REFIN引脚上施加ADR3412基准电压(1.2 V)输出，可以产生基准电压，它通过片上基准电压缓冲器放大为4.096 V的正确ADC基准电压值。ADR3412可使用与AD7625相同的5 V模拟轨供电，并且采用片上基准电压缓冲器。

另外，4.096 V外部基准电压源(例如ADR434或ADR444)可以连接到使用缓冲放大器(例如AD8031)的ADC无缓冲REF输入，如图1所示。此方法常用于多通道应用，其中的系统基准电压源由多个ADC共享。

ADR434和ADR444配置还非常适合单通道应用，这些应用需要较低的基准电压源温度系数(对于ADR434B和ADR444B，最大值为3 ppm/°C)。用于为ADA4897-1运算放大器供电的7 V供电轨还可为ADR434或ADR444的VIN电源引脚供电。

另一个具有吸引力的4.096 V基准电压源为ADR4540低压差(>300 mV)高精度基准电压源，允许采用5 V电源供电。

如果需要，ADA4897-1和AD8031单通道运算放大器可用它们的双通道版本(分别为ADA4897-2和AD8032)来替代。