很久以前,準確電氣的測量是在原始的實驗室環境中進行的,在這類環境中,有充足的電力供應,時間分配也能確保極高的準確性。今天,人們(men) 希望將儀(yi) 表攜帶到現場,讓儀(yi) 表靠電池電源運行,並立即實現更高的準確性。模擬電路與(yu) 數字電路不同,不會(hui) 從(cong) 較小的幾何尺寸產(chan) 生的比例效應中受益。如果功率消耗得較少,那麽(me) 噪聲(準確測量的大敵)實際上增加了。隨著新的低壓工藝出現,信噪比(SNR)變得更差了,這是可以理解的,因為(wei) 信號幅度減小了。那麽(me) ,在提高性能的同時,模擬信號鏈路怎樣“走向綠色”呢?
很多高速儀(yi) 表的核心是一個(ge) 高速模數轉換器(ADC)。例如,金屬物體(ti) 的非破壞性測試采用一種類似於(yu) 醫療超聲的成像方法,采用這種方法時,數字圖像傳(chuan) 感器為(wei) 高速ADC提供信號。在有些情況下,會(hui) 有很多通道,因此尺寸和功耗是關(guan) 鍵。便攜式儀(yi) 表顯然需要節省電池功率,不過即使是固定式安裝,也會(hui) 關(guan) 注功率,無論是為(wei) 了實施“綠色”計劃,還是僅(jin) 僅(jin) 要在外形尺寸緊湊的儀(yi) 表中較大限度地降低熱量。ADC的趨勢是走向采用幾何尺寸更小的工藝,並使用1.8V電源以降低功耗,但要實現與(yu) 類似的3V器件同樣或更高的性能,就需要更聰明的ADC設計。
淩力爾特開發出了幾款引腳兼容、采樣率高達125Msps 的1.8V超低功耗12位/14位和16位ADC係列,這些器件以非常低的功率提供專(zhuan) 業(ye) 的動態性能。這些新器件無需減少功能或提高前端放大器的要求,就可以極大地降低功耗。由於(yu) 可以選擇單、雙、4和8通道ADC,因此客戶可以實現非常高的通道密度,同時確保係統中的熱量較低。不過,ADC隻是該鏈路的其中一部分。整個(ge) 信號鏈路必須良好匹配,以使儀(yi) 表順利工作。
就需要16位性能和超低功耗以延長電池壽命的應用而言,LTC2195係列是理想的解決(jue) 方案。便攜式儀(yi) 表是一個(ge) *的例子。在很多應用中,來自傳(chuan) 感器的信號必須在ADC采樣前進行調理。就這項任務而言,選擇與(yu) ADC性能匹配的低噪聲、低功率放大器是很重要,例如可以選擇LTC6406,該器件與(yu) LTC2195係列是良好匹配的。
LTC6406是一款全差分放大器,具低噪聲(在輸入端為(wei) 1.6nV/√Hz)和高線性度(在 20MHz時為(wei) +44dBmOIP3),采用小型3mmx3mmQFN封裝。增益是用外部電阻器設定的,從(cong) 而為(wei) 用戶提供了較大的設計靈活性。
低功耗(用 3.3V電源時為(wei) 59mW)較大限度地降低了對係統功率預算的影響。
這個(ge) 放大器的共模電壓範圍還延伸至0.5V,這意味著,它可以與(yu) LTC2195無縫配對,因為(wei) LTC2195具0.9V的標稱共模電壓。
一般情況下,數字傳(chuan) 感器的輸出是單端的。這就要求ADC采樣之前,進行單端至差分轉換。如果DC響應也需要,那麽(me) 就不能用變壓器。這種情況就需要諸如LTC6406這種能進行單端至差分轉換的低噪聲放大器。
該放大器之後必須跟隨一個(ge) 濾波器,以降低放大器的寬帶噪聲,並隔離放大器輸出與(yu) ADC輸入,ADC輸入產(chan) 生與(yu) 采樣電容換向有關(guan) 的共模幹擾。濾波器有助於(yu) 衰減這類幹擾,從(cong) 而保護了放大器。高階濾波器並不需要,因為(wei) 放大器的噪聲相當低。轉角頻率為(wei) 12MHz的濾波器用在這裏就足夠了,它不會(hui) 降低ADC的性能。
最終的濾波器應該設計僅(jin) 為(wei) 降低放大器的寬帶噪聲,而不是作為(wei) 具陡峭過渡頻帶的選擇性過濾器。濾波器的陡峭過渡頻帶會(hui) 增加插入損耗,並減低放大器OIP3,這會(hui) 導致傳(chuan) 感器信號失真。
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