ADC差分驱动_第二部分

全球领先的高性能信号处理解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 供应商 差分驱动ADC 第二部分 ADC驱动器与ADC匹配 1 议题 第一部分回顾 将ADC驱动器规格与ADC规格相匹配 各种ADC驱动示例 电流反馈与电压反馈架构 如何设计单端端接输入ADC驱动器 2 第一部分回顾 实际ADC产生噪声和谐波失真(HD) 信纳比(SINAD)定义为 1/(总谐波失真 + 噪声) )( )]([)]([)]([)]([)]([ 1 22 6 2 5 2 4 2 3 2 2 rmsv vrmsvrmsvrmsvrmsvrmsv NTHD n   NTHD SINAD   1           NTHD LogdBSINAD 1 20 理想ADC仅产生量化噪声   dBNdBRatioNoiseonQuantizatitoSignal 76.102.6  如果替换为信纳比（通过电噪声和失真计算），可以用没有电噪声或失真的理 想n位ADC的有效位数(ENOB)替代N     dBENOBdBSINAD 76.102.6    02.6 76.1 dBdBSINAD ENOB   3 系统设计师面临的问题 SOURCE FILTERING & COUPLING ADC TERMINATION & COUPLING DRIVER + – LPF BPF 平衡/不平衡 阻抗 电平/偏移 带宽 基带 近基带 低中频 高中频 宽带 窄带 增益 线性度 噪声 带宽 平坦度 电平转换 单端/差分输 入 阻抗 低通、带通 滤波器多项式 阶数 信号带宽 噪声带宽 匹配 输入范围 输入共模 输入阻抗 缓冲/无缓冲 分辨率/ENOB SFDR SNR 采样速率 带宽 交流或直流耦合 单端/差分 端接 4 将ADC驱动器规格与ADC相匹配 将信号从信号源传输到转换器 根据需要调理信号以优化ADC性能 转换到平衡状态 放大或衰减，使信号占用ADC的大部分输入范围 保留或转换直流电平 带宽限制 “在以上过程中，应将损害降至最小 将增加的失真、噪声和建立时间误差降至最低，这些都是重要特性 保护带内频率响应 防止不良失调 使功耗保持最低 总是存在速度与功耗的权衡 我们不希望驱动器的功耗是ADC的数倍 将成本降至最低 我们不希望驱动器的成本是ADC的许多倍 系统目标 5 将ADC驱动器规格与ADC相匹配 从何处开始？ 如果每个ADC都有一个推荐使用的驱动器，我们将轻松很多 每个应用都有自己的独特要求，但仍存在许多一般规则 我们可以从一些基本问题开始： 是宽带应用还是窄带应用？ 是交流耦合还是直流耦合应用？是在输入端还是输出端？ 何种性能重要？频域还是时域？ 单端还是差分输入？ 是否需要输入端接电阻？ 单电源还是双电源供电？ 单极性还是双极性输入？ 低增益还是高增益？ 6 将ADC驱动器规格与ADC相匹配 选择ADC驱动器时，噪声、失真和建立时间性能是主要考虑因素 下面所列为输入相关因素，但并非总是如此： 下移的输入共模范围特别适合于单电源、直流耦合输入及单端转差分应 用 居中的输入共模范围最适合交流耦合输入和差分转差分应用 两种输入类型均可采用双电源供电 7 将ADC驱动器规格与ADC相匹配 我们从宽带与窄带问题开始 几乎所有的宽带系统都要关注噪声问题 我们需要比较驱动器的总积分输出噪声与一个LSB的大小（以ADC 的有效位数为基准） 驱动器噪声源有哪些？ 我们将讨论驱动器噪声模型，并利用ADI DiffAmpCalcTM在线网络 工具进行计算 8 Administrator Highlight 差分驱动器噪声的一般 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 f1 R g1 R g2 R f2 R op V on V 11 1 1 gf g RR R   22 2 2 gf g RR R   A(s) od V OCM V      21 21 for v2v NoiseVoltageReferredInputtoduenoiseoutputalDifferenti noisenoise noise v   21 21 21 0        for 2v NoiseReferredInputVtoduenoiseoutput alDifferenti nocm OCM nocm v )(noise i     )(211)( 21 11)( )( ; 12        noisefnoise gnoise noise iforsimilarforRi Ri itoduenoiseoutput alDifferenti    1gnR v    2211 21 11 1 ;4 142 g g f g g g Rforsimilarfor R R kTR kTR Rtoduenoiseoutput alDifferenti                 2fnR v 1212 21 22 2 ;4 42 ff f f RforsimilarforkTR kTR Rtoduenoiseoutput alDifferenti       2 g nR v 1 f nR v ) (  噪声 i 9 ADI DiffAmpCalc TM在线网络工具 10 将ADC驱动器规格与ADC相匹配 示例： 具有2V满量程输入的AD9445需要G=2的差分转差分驱动器 信号带宽为DC至50 MHz - 典型的宽带直流耦合应用  ADA4939具有居中的输入 - 适合差分转差分 考虑ADA4939，其增益G ≈ 2 (RF = 402 Ω， RG = 200 Ω)，采用+5V电源 ADA4939的噪声特性如下： 折合到输入端的电压噪声 = 2.3 nV/√Hz 折合到输入端的电流噪声 = 6.0 pA/√Hz 折合到VOCM 输入端的电压噪声 = 7.5 nV/√Hz ADI DiffAmpCalcTM计算结果（数据手册也给出了该结果） HznVDensityNoiseOutputADATotal /7.94939    MHzMHzBandwidthNoise 5.7850 2            rms vMHzHznVNoiseOutputIntegratedADATotal 865.78/7.94939  11 将ADC驱动器规格与ADC相匹配 ADC驱动器积分输出噪声 = 86 μvrms 这是否适合驱动2V满量程输入的14位ADC AD9445？ 根据AD9445数据手册： MHztooutBitsENOBAD 50129445  我们可以估算驱动器峰峰值噪声为6σ ADC驱动器峰峰值积分输出噪声 ≈ 6*86 μvrms = 516 μvP-P 这相当于1 LSB 峰峰值或0.5LSB 峰值 → 从噪声角度看，这种应用可 以考虑ADA4939 V V LSBOne 488 2 2 12  12 Administrator Highlight 将ADC驱动器规格与ADC相匹配 在大多数频域应用中，失真性能很重要 负反馈放大器的失真性能回顾： 失真性能随着环路增益降低而降低 当频率提高时，由于主导极点滚降，环路增益降低 失真随着频率提高而恶化 使用噪声部分给出的例子 ADA4939的失真特性如下 - 采用+5V电源、VO = 2VP-P HD2 = -102 dBC @ 10 MHz HD2 = -83 dBC @ 70 MHz HD2 = -77 dBC @ 100 MHz HD3 = -101 dBC @ 10 MHz HD3 = -97 dBC @ 70 MHz HD3 = -91 dBC @ 100 MHz HD2是最差总失真，我们将讨论该特性。 13 将ADC驱动器规格与ADC相匹配 必须记住，失真产物处于比基波更高的频率，可以通过滤波衰减。 采用50 MHz砖墙滤波器时，我们只需要关注25 MHz以下的频率，此时最高 HD2产物位于带内。 由于可能不存在滤波，并且采样后失真产物可能混叠回带内，因此我们将评 估系统在50 MHz以下频率的性能。 ADA4939 HD2与频率的关系曲线： HD2 ≈ -88 dBc @ 50 MHz 14 将ADC驱动器规格与ADC相匹配 最差失真为HD2 ≈ -88 dBc @ 50 MHz。我们如何利用这一特性来确定 ADA4939是否是适合AD9445的驱动器？ MHztooutBitsENOBAD 50129445  V V LSBOne 488 2 2 12  HD2峰峰值失真产物为80μvP-P/488 μ vP-P ≈ LSB的16% 从失真角度看，可以认为ADA4939适合此应用 满量程2 VP-P产生的HD2比2VP-P低88 dB：   PPPP vvisHD          801022 20 88 已经知道： 15 将ADC驱动器规格与ADC相匹配 在时域和多路复用系统中，建立时间特性很重要 我们可以像对待其它特性一样考虑此特性 建立误差可 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示为LSB 通常要求驱动器输出在规定的时间内稳定在1 LSB范围内： N ErrorTimeSettling 2 1  示例： 要稳定在1 LSB范围内，16位系统要求建立精度为1/216 = 15 ppm (0.0015%) 测定此类建立时间性能非常困难 16 全球领先的高性能信号处理解决方案供应商 各种ADC驱动示例 17 AD8475：差分漏斗放大器和ADC驱动器 主要特性 有源精密衰减  （0.4x或0.8x） 电平转换  VOCM引脚设置输出共模电压 单端至差分转换 差分轨到轨输出 输入范围超出供电轨 主要规格 带宽：150 MHz 输出噪声：10nV/√Hz 压摆率：50 V/μs  -112dB THD+N 增益漂移：3 ppm/°C（最大值） 输出失调电压：500 µV（最大值） 电源电流：3 mA 优势 将工业传感器连接到高精度差分ADC 简化设计 支持快速开发 缩减PCB尺寸 降低成本 应用 过程控制模块 数据采集系统 医疗监护设备  ADC驱动器 低压ADC输入 大 输入 信号 12 11 10 1 3 4 NC –OUT +OUT 9 VOCM +IN 0.4x –IN 0.8x 2+IN 0.8x –IN 0.4x 6 + V S 5 – IN 0 .4 x 7 + V S 8 + V S 1 6 + IN 0 .4 x 1 5 – V S 1 4 – V S 1 3 – V S 1kΩ 1.25kΩ 1.25kΩ 1kΩ AD8475 1.25kΩ 1.25kΩ NC = NO CONNECT 09 4 3 2 -0 0 1 LFCSP 18 AD8475 AD7982 REF +5V 10kΩ 10kΩ +IN 0.4x -IN 0.4x VOCM +5V +IN -IN 20Ω 20Ω 270pF 270pF 1.35nF 0.5V – 4.5V VOUT(DIFF) ±4V 0.1µF 4V 2.5V 0.5V – 4.5V VOUT(DIFF) ±4V 4V 2.5V SNR=97dB THD=-113dB ADR435 0V±10V  通过单电源放大器与±10V或±5V信号接口  4个步骤合并为一个  衰减  单端转差分  电平转换  驱动ADC  驱动最高4MSPS的差分18位SAR型ADC，只需很少的外部元件  ADI网站提供经过验证的电路和说明：搜索“CN0180” AD8475：精密漏斗放大器 + ADC驱动器 有效位数(ENOB) ≈ 16位 单端输入范围 = 5VP-P 差分输入范围 = 10VP-P 1 ENOB LSB = 10V/216 ≈ 150 µV AD8475 VON（3 MHz带宽） ≈ 22 µVRMS 最差情况谐波失真 ≈ -95 dBc  142 µVP-P（ 8VP-P） FC ≈ 3 MHz 19 ADA4940-1/ADA4940-2 低功耗 16至18位差分ADC驱动器 主要特性  低功耗：1.2 mA  宽电源电压范围：2.7 V至7 V  18位失真性能@ 1MHz  高速：260 MHz -3dB带宽 @ G = 1  可调增益  单端转差分  差分转差分  禁用功能  快速建立时间：35 ns（至0.1%）  小型封装：3mm x 3mm 8引脚LFCSP IN+ REF IN+ IN- REF 模拟输入 ADA4940-1 AD7982 18位、1 MSPS 20 ADA4940-1驱动18位AD7982的差分输入 0 8 4 5 2 -0 6 6 33Ω 33Ω 10µF R1 –DIN +2.5V +5V +6V –1V CF R2 R4 CF +6V REF VDD GND IN+ IN– AD7982 2.7nF 2.7nF –IN +OUT –OUT +IN R3 +DIN ADR435 0.1µFR6 R5 SERIAL INTERFACE –FB +FB ADA4940-1 VOCM 0 –160 –140 –120 –100 –80 –60 –40 –20 0 20k 40k 60k 80k 100k A M P L IT U D E ( d B ) FREQUENCY (Hz) 08 4 5 2 -0 6 9 1 ENOB LSB = 10V/216 ≈ 150 µV ADA4940 VON(1.8 MHz带宽） ≈ 19 µVRMS 最差情况谐波失真 ≈ -110 dBc  32 µVP-P（ 10VP-P） 来自上例 有效位数(ENOB) ≈ 16位 R1 = R2 = R3 = R4 = 1KΩ (G = 1, NG = 2) HD2 HD3 FC ≈ 1.8 MHz  ADI网站提供经过验证的电路和说明：  搜索“CN0237” 21 ADA4930-1/-2 低噪声ADC驱动器，适用于1.8V ADC 主要特性  低输入电压噪声： 1.3nV/√Hz  低HD2/HD3失真：-104/-100dBc @ 10 MHz，-79/-82 dBc @ 70 MHz，-72/-75 dBc @ 100 MHz  高速：-3 dB 带宽 = 2200 MHz @ G = 1，压摆率 = 2300 V/µs，0.01%建立时间 = 4ns  利用0.9V VCM和2VP-P差分输入驱动1.8V ADC，采用3.3V或5V单电源供电  电源电压：3.3V或5V  提供单通道和双通道产品，采用小型LFCSP封装 N = 14 ENOB ≈ 12.8 INPUT = 2VP-P VOCM = 0.9V 1 ENOB LSB = 2V/212.8 ≈ 280 µV ADA4940 VON（40 MHz带宽） ≈ 55 µVRMS ≈ 330 µVP-P 最差情况谐波失真（至10 MHz） ≈ -95 dBc  36 µVP-P（ 2VP-P） 噪声增益 ≈ 4.2；ADA4940总VON密度 ≈ 8.4 nV/√Hz V ≈ 0.5VP-P VDM ≈ 2VP-P FC ≈ 40 MHz NBW ≈ 1.05*FC 噪声略大于1 LSB 22 ADL5562低失真RF/IF差分放大器 VIP2 ENBL RF RF VCOM VOP VIP1 VIN1 VIN2 ADL5562 0 8 0 0 3 -0 0 1 GND VCC VON RG2 RG1 RG1 RG2 主要特性  引脚绑定的增益：6 dB、12 dB、15.5 dB  低失真  10 MHz: -91 dBc/-98 dBc HD2/HD3  70 MHz: -102 dBc/-90 dBc HD2/HD3  140 MHz: -104 dBc/-87 dBc HD2/HD3  250 MHz -80 dBc/-94 dBc HD2/HD3; IMD3 = -94 dBc  高速  3.3 GHz -3 dB带宽(AV = 6 dB)  压摆率 = 9800 V/µs  1%建立时间：2 ns  差分或单端输入  低噪声  2.1 nV/√Hz RTI @ AV = 12 dB  关断模式  单电源：3V至3.6V RF = 400 Ω, RG1 = 200 Ω, RG2 = 100 Ω 23 ADL5562低失真RF/IF差分放大器 105Ω L5 105Ω AD9246 AD9640 AD6655 1nF 4Ω L1 C2 L3 1nF L2 L4 C4 CML 0.1µF 34.8Ω 50Ω AC 0.1µF 3.3V M/A-COM ETC1-1-13 VIN1 VIP1 VIP2 A B VIN2 34.8Ω ADL5562 0 8 3 9 7 -0 0 4 4Ω 中心频率 带宽 整体带通响应（见下表）  ADI网站提供经过验证的电路和说明：搜索“CN0110” 1 ENOB LSB = 2V/211.6 ≈ 640 µV ADA4940 VON（33 MHz 1 dB带宽） ≈ 80 µVRMS ≈ 480 µVP-P 最差情况谐波失真 @ AV = 6 dB（至140 MHz） ≈ -90 dBc  63 µVP-P （2VP-P） 噪声增益 = 3；ADL5562总VON密度 ≈ 9 nV/√Hz 噪声约为1 LSB N = 14 ENOB = 11.6 输入范围 = 2VP-P G = 6 dB 24 全球领先的高性能信号处理解决方案供应商 电流反馈 与 电压反馈 25 VFA和CFA简化框图 电压反馈与电流反馈的比较  Vo = A(s)*(Vi)  A(s) = Ao*௰p/(s + ௰p)  大直流增益Ao  负反馈驱动输入电压Vi至接近0的 电平  Vo = Z(s)*(Ii)  Z(s) = Zo*௰p/(s + ௰p)  大直流跨导Zo  负反馈驱动输入电流Ii至接近0的电 平 电压反馈 电流反馈 高阻态 低阻态 Ii Ro x1 + - Vo 高阻态 高阻态 + - A(s)Vi Vi Vo Vmid Ii Z(s) Vmi d x1 26 电流反馈型放大器分析 首先回顾电压反馈型运算放大器 VF 反相放大器 VF 同相放大器 + _ fR gR outV inV GNDAC                      LG R R V V g f in out 1 1 1 + _ fR outV gR inV                     LG R R V V g f in out 1 1 1 1 LG = A(s)β(s) 27 电流反馈型放大器分析 CF 反相放大器 CF 同相放大器 + _ fR gR outV inV GNDAC + _ fR outV gR inV 如果Ro << Rf,g：                        )( 1 1 sZ RR R V V fg f in out 如果Ro << Rf,g：                       )( 1 1 1 sZ RR R V V fg f in out                                         )( 1 1 1 sZ R R R R R R R V V g O f O f g f in out                                        )( 1 1 1 1 sZ R R R R R R R V V g O f O f g f in out 1 LG 1 LG LG = Z(s)/Rf 28 直观了解电流反馈型放大器的环路增益  对于电压反馈型放大器，通过检查确定环路增益相对直观，因为所有增益都是电 压增益  电流反馈型放大器则没那么直观  理想电流反馈型放大器的输入端之间存在短路  大Z(s)驱动ie ≈ 0，因此同相输入端看起来像高阻态  关闭所有信号源 29 电流反馈型放大器稳定性分析 恰当的例子 - AD8007 Rf f RNeglecting R sZ GainLoop o )(  环路增益(Log) } Φ 裕量   f RLogsZLogGainLoopLog 101010 )(  .),( principlesillustratebutdBbeshouldScale  30 电流反馈与电压反馈  电压反馈型(VF)放大器利用误差电压作为反馈信号  电流反馈型(CF)放大器利用误差电流作为反馈信号  在电压反馈型放大器中，误差电压乘以大电压增益A(s)  在电流反馈型放大器中，误差电流乘以大跨导Z(s)  在电压反馈型放大器中，环路增益等于A(s)乘以反馈系数β  β = RG/(RF + RG)  VF放大器环路增益 = A(s)*β  VF放大器环路增益随着闭环增益(1/β)提高而降低  在电流反馈型放大器中，环路增益等于Z(s)除以RF  CF环路增益 = Z(s)/RF  理想情况下，CF环路增益与闭环增益无关  放大器带宽和失真性能直接取决于环路增益  电压反馈型放大器的带宽和失真性能随着闭环增益提高而降低  电流反馈型放大器的带宽和失真性能更为稳定，闭环增益提高时其变化不大  对于高闭环增益应用，电流反馈型放大器是更好的选择 31 ADA4927-1/-2 超低失真电流反馈型ADC驱动器 主要特性  超低失真  −117 dBc SFDR @ 10 MHz  −85 dBc SFDR @ 70 MHz  −77 dBc SFDR @ 100 MHz  低输入电压噪声： 1.3 nV/√Hz  低输入电流噪声： 23 pA/√Hz  高速  −3 dB带宽：1.4 GHz (G = 1)  压摆率： 6800 V/µs  快速过驱恢复：1 ns  低静态功耗：25mA/通道  外部可调增益  单端或差分输入  差分输出  可调输出共模电压  电源电压：5 V至+/-5 V  3 mm x 3 mm、小型LFCSP封装  双通道版本(ADA4927-2)采用4 mm x 4mm LFSCP封装 主要优势 增益即使达到10倍、20倍，仍能提供 出色的失真性能 1–FB 2+IN 3–IN 4+FB 11 –OUT 12 PD 10 +OUT 9 VOCM 5 + V S 6 + V S 7 + V S 8 + V S 1 5 – V S 1 6 – V S 1 4 – V S 1 3 – V S ADA4927-1 0 7 5 7 4 -0 0 1 ADA4927-2 1–IN1 2+FB1 3+VS1 4+VS1 5–FB2 6+IN2 15 –VS2 16 –VS2 17 VOCM1 18 +OUT1 14 PD2 13 –OUT2 7 – IN 2 8 + F B 2 9 + V S 2 1 1 V O C M 2 1 2 + O U T 2 1 0 + V S 2 2 1 – V S 1 2 2 – V S 1 2 3 – F B 1 2 4 + IN 1 2 0 P D 1 1 9 – O U T 1 0 7 5 7 4 -0 0 2 –40 –50 –60 –70 –80 –90 –100 –110 –120 –130 1 10 100 1k FREQUENCY (MHz) S P U R IO U S -F R E E D Y N A M IC R A N G E ( d B c ) 0 7 5 7 4 -0 2 6 VOUT, dm = 2V p-p G = 1 G = 10 G = 20 32 全球领先的高性能信号处理解决方案供应商 如何设计单端端接输入ADC驱动器 33 单端转差分应用  输入共模电压是输入信号的缩放形式。  输入共模电压部分导引至RG，导致有效输入电阻增加  单电源应用可接受双极性输入  必须确保输入共模电压始终在额定限值以内 500 500 500 V5.2 op V on V od V OCM V 500 2 V 0 V -2 V 3.5 V 2.5 V 1.5 V 3.5 V 2.5 V 1.5 V 1.75 V 1.25 V 0.75 V 34 单端转差分应用（续） 500 500 500 V2 op V on V od V OCM V 500 4 V 2 V 0 V 3 V 2 V 1 V 3 V 2 V 1 V 2.5 V 2 V 1.5 V V2 0.1uF 10uF + 35 单端输入的端接 V5.2 op V on V od V OCM V 要求：差分增益 = 1，50Ω 信号源，电阻约 200Ω 200 200 200 200 V2 50 36 单端输入的端接 V5.2 op V on V od V OCM V 要求：差分增益 = 1，50Ω 信号源，电阻约200Ω 267 200 200 200 200 V2 50                  FG F G IN RR R R R 2 1 37 单端输入的端接（续） V5.2 op V on V od V OCM V 要求：差分增益 = 1，50Ω 信号源，电阻约200Ω 200 200 200 200 RT = 61.9 V2 50  50|| INT RR 38 单端输入的端接（续） V5.2 op V on V od V OCM V 要求：差分增益 = 1，50Ω信号源，电阻约200Ω 200 200 200 200 RT = 61.9 V2 50 1.1V 28 戴维宁等效电阻 39 单端输入的端接（续） V5.2 op V on V od V OCM V 要求：差分增益 = 1，50Ω信号源，电阻约200Ω 200 200 200 200 28.0 1.1V 28 40 单端输入的端接（续） V5.2 op V on V od V OCM V 要求：差分增益 = 1，50Ω信号源，电阻约200Ω 200 200 28.0 1.1V 28 205 205 41 ADI中国地区技术支持热线：4006 100 006 ADI中国地区技术支持信箱：china.support@analog.com ADI样片申请网址：http://www.analog.com/zh/sample 42 ADI运动监测解决方案 http://www.analog.com/apm/activity/forum  随着整体医疗保健成本的增加，人们开始 越来越重视个人健康管理，并借此积极减 少产生健康问题的风险，医生数量和医院 门诊次数也由此减少。追踪个人的日常运 动情况日渐流行，很大程度上是由于其不 仅简便易行，而且对促进健康的生活方式 收效显著。监控器和跌倒检测器是 两种 典型的运动监测设备，前者如计步器，它 可以追踪行走、跑步和锻炼活动，通过计 步，可以确定消耗的卡路里数；后者主要 用来监护老年人，用作提供 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 以及防止 跌倒。除了独立的运动监测设备之外，各 种新兴的家庭医疗保健设备也集成了运动 监测功能. 43