怎样采用多种单端信号驱动16位ADC 解决方案, 转换器, 驱动器, 传感器

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匹配传感器输出和ADC输入范围可能很难，尤其是要面对当今传感器所产生的多种输出电压摆幅时。本文为不同变化范围的差分、单端、单极性和双极性信号提供简便但高性能的ADC输入驱动器解决方案，其中所有电路采用了LTC2383-16 ADC单独工作或与LT6350 ADC驱动器一起工作来实现92dB SNR。 LTC2383-16是一款低噪声、低功率、1Msps、16位ADC，具备±2.5V的全差分输入范围。LT6350是一款轨至轨输入和输出的、低噪声、低功率单端至差分转换器/ADC驱动器，具备快速稳定时间。运用LT6350，0V至2.5V、0V至5V和±10V的单端输入范围可以很容易转换为LTC2383-16的±2.5V全差分输入范围。 全差分驱动 图1显示了用于本文所述所有电路的基本构件。该基本构件用于至LTC2383-16模拟输入的DC耦合全差分信号。电阻器R1、R2和电容器C1将输入带宽限制到大约500kHz。电阻器R3和R4减轻ADC输入采样尖峰的影响，该尖峰可能干扰传感器或ADC驱动器输入。
图1：全差分驱动电路

这个电路对于具备低阻抗差分输出的传感器很有用。驱动AIN+和AIN–的共模电压必须等于VREF/2，以满足LTC2383-16的共模输入范围要求。 图1中的电路可以是AC耦合的，以在必要时，使ADC输入的共模电压与传感器相匹配。只需通过一个1k电阻器将AIN+和AIN–偏置到VCM(VCM=VREF/2)、通过一个10μF电容器将传感器输出耦合到AIN+和AIN–即可，如图2所示。
图2：AC耦合全差分驱动电路

当驱动LTC2383-16这类低噪声、低失真ADC时，选择合适的组件对保持高性能是至关重要的。这些电路中使用的所有电阻器的值都相对较低。这可保持较低的噪声和较短的稳定时间。建议使用金属薄膜电阻器，以减小由自热引起的失真。C1采用的是NPO电容器，因为这类电容器的电压系数较低，从而可最大限度地减小失真。【分页导航】
第1页：全差分驱动
第2页：单端至差分的转换

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单端至差分的转换 当然，不是所有传感器的输出都是差分的。以下是一些用单端信号驱动LTC2383-16的方法。 0V至2.5V单端输入 图3所示电路将0V至2.5V单端信号转换为全差分±2.5V信号。这个电路还具备高阻抗输入，以便能用大多数传感器输出直接驱动该电路。如图2所示，通过AC耦合的VIN，VIN端的共模电压可以与ADC匹配。第二个放大器的共模电压在LT6350的+IN2引脚处设定。图4中的32k点FFT显示运用图3所示电路时LTC2383-16与LT6350合起来的性能。所测得的92dB SNR和-107dB THD与LTC2383-16的典型数据表规格参数紧密匹配。这表明，在信号通路中插入单端至差分转换器后，即使引起ADC规格参数劣化，裂化程度也是极小的。
图3：单端至差分转换器


图4：图3电路的FFT
AMPLITUDE：幅度

0V至5V单端输入 如果需要较宽的输入范围，那么可以驱动LT6350的负输入，从而允许由LT6350的第一级衰减输入电压。图5所示电路将0V至5V单端信号转换为±2.5V的差分信号，该差分信号驱动LTC2383-16的输入。这个电路的输入阻抗等于R7。增大R7的值会提高输入阻抗，从而使驱动更加容易。这么做的代价是，如果R7增大到高于4.99k，那么噪声和失真会略有提高，如表1所示。
图5：0V至5V单端驱动器


表1：0V至5V驱动器的噪声和失真随输入电阻的变化

±10V单端输入 有些传感器提供高于和低于地的输出电压。图6所示电路将±10V的地参考单端信号转换为±2.5V差分信号，该差分信号驱动LTC2383-16的输入。输入阻抗仍然由R7设定。表2显示了图6电路的噪声和失真随输入阻抗的变化。
图6：±10V单端驱动器


表2：采用±10V驱动器时噪声和失真随输入电阻的变化

结论 LTC2383-16是一款低功率、低噪声、16位ADC，可非常容易地与种类繁多的传感器输出连接，包括范围很宽的单极性、双极性、差分和单端信号。