精密SAR模数转换器的前端放大器和RC滤波器设计 2 带宽, 影响

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　　因此，带宽为3.11MHz，REXT为18.9Ω。




图3.采用16位1MSPSADCAD7980的RC滤波器

　　最小带宽、吞吐速率和输入频率之间的这种关系说明：输入频率越高，则要求RC带宽越高。同样，吞吐速率越高，则采集时间越短，从而提高RC带宽。采集时间对所需带宽的影响最大；如果采集时间加倍（降低吞吐速率），所需带宽将减半。此简化分析未包括二阶电荷反冲效应，它在低频时变成主要影响因素。输入频率非常低时（<10kHz，包括DC），容性DAC上建立的始终是大约100mV的电压阶跃。此数值应作为上述分析的最小电压阶跃。

　　多路复用输入信号很少是连续的，通常由不同通道切换产生的大阶跃组成。最差情况下，一个通道处于负满量程，而下一个通道则处于正满量程（见图4）。这种情况下，当多路复用器切换通道时，阶跃大小将是ADC的满量程，对于上例而言是5V。



图4.多路复用设置

　　在上例中使用多路复用输入时，线性响应所需的滤波器带宽将提高到3.93MHz（此时阶跃大小为5V，而非单通道时的1.115V）。假设条件如下：多路复用器在转换开始后不久即切换（图5），放大器和RC正向建立时间足以使输入电容在采集开始前稳定下来。



图5.多路复用时序

　　对于计算得到的RC带宽，可以利用表1进行检查。从表中可知，要使满量程阶跃建立至16位，需要11个时间常数（如表1）。对于计算的RC，滤波器的正向建立时间为11×40.49ns=445ns，远少于转换时间710ns。正向建立不需要全部发生在转换期间（容性DAC切换到输入端之前），但正向和反向建立时间之和不应超过所需的吞吐速率。对于低频输入，信号的变化率低得多，因此正向建立并不十分重要。


      计算出滤波器近似带宽后，就可以分别选择REXT和CEXT的值。上述计算假设CEXT=2.7nF，这是数据手册所示应用电路的典型值。如果选择较大的电容，则当容性DAC切换回输入端时，对反冲的衰减幅度会更大。然而，电容越大，驱动放大器就越有可能变得不稳定，特别是给定带宽下REXT值较小时。如果REXT值太小，放大器相位裕量会降低，可能导致放大器输出发生响铃振荡或变得不稳定。对于串联REXT较小的负载，应采用低输出阻抗的放大器来驱动。可以利用RC组合和放大器的波特图执行稳定性分析，以便验证相位裕量是否充足。最好选择1nF至3nF的电容值和合理的电阻值，以使驱动放大器保持稳定。此外务必使用低电压系数的电容，如NP0型，以保持低失真。

　　REXT的值必须能使失真水平保持在要求的范围以内。图6显示了驱动电路电阻对失真的影响与AD7690输入频率的函数关系。失真随着输入频率和源电阻的提高而提高。导致这种失真的原因主要是容性DAC提供的阻抗的非线性特性。




图6.源电阻对THD的影响与输入频率的关系

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