驱动高精度模数转换器

市场对工业应用的需求与日俱增，数据采集系统是其中的关键设备。它们通常用于检测温度、流量、液位、压力和其他物理量，随后将这些物理量对应的模拟信号转换为高分辨率的数字信息，再由软件做进一步处理。此类系统对精度和速度的要求越来越高。

这些数据采集系统由放大器电路和模数转换器（ADC）组成，其性能对系统具有决定性的影响。然而，ADC的输入驱动器也会影响整体精度。该驱动器用于缓冲和放大输入信号。此外，还必须增加偏置信号或生成全差分信号，以覆盖ADC的输入电压范围并满足其共模电压要求，在此过程中不得改变原始信号。可编程增益仪表放大器（PGIA）通常用作输入驱动器。在本文中，我们提出了一种输入驱动器和ADC 的组合，通过这种组合可以实现非常精确的转换结果，从而构建高质量的数据采集系统。

例如，LTC6373 就是一款适用于高精度数据采集系统的PGIA。除了全差分输出，它还具有高直流精度、低噪声、低失真（见图2）以及4 MHz 的高带宽，增益为1/4~16。通过它可以直接驱动ADC，因此适合许多信号调理应用。

图1 中的电路显示了使用LTC6373 驱动精密ADC 的示例，ADC 是具有1.8 MSPS 的20 位分辨率的AD4020。

在该电路中，LTC6373 在输入端和输出端直流耦合，因而不需要使用变压器驱动ADC。增益可通过引脚A2/A1/A0 在（0.25~16）V/V 之间进行设置。

在图1 中，LTC6373 采用差分输入至差分输出配置和±15 V 对称电源电压。或者，输入也可以是单端输入，而输出仍然是差分输出。

图1 驱动精密ADC的电路示例

在图1中，输出共模电压通过VOCM引脚设置为VREF/2。这样就可实现LTC6373 的输出电平转换。LTC6373 的每个输出在0 V~VREF 之间变化，因此在ADC 输入端有1 个2×VREF 幅度的差分信号。LTC6373 的输出端和ADC 输入端之间的RC 网络形成1 个单极点低通滤波器，它可降低在ADC 输入端切换电容时产生的电流毛刺。同时，低通滤波器限制了宽带噪声。

图2 显示了LTC6373 的信噪比（SNR）和总谐波失真（THD），其在整个输入电压范围（10 V p-p）内驱动AD4020 SAR ADC（高阻态模式）。在吞吐量为1.8 MSPS，滤波器电阻（RFILTER）为442 Ω 时可获得比较满意的效果。在1 MSPS 或0.6 MSPS 时，建议RFILTER 为887 Ω。

LTC6373 可驱动大多数具有差分输入的SARADC，不需要另外增加ADC 驱动器。但是，在某些应用中，在LTC6373 和精密ADC 之间可以使用单独的ADC 驱动器来进一步提高信号链的线性度。

图2 使用LTC6373驱动AD4020的SNR（上）和THD（下）性能

结束语

图1 所示的电路针对快速、高精度数据采集系统进行了优化。因此，LTC6373 的出色特性有助于对传感器输出信号进行信号调理。借助在线工具ADIPrecision Studio，特别是其中包含的ADC 驱动器工具，ADI 公司可以为此类放大级、滤波器和线性电路设计提供更多支持。

作者简介：Thomas Brand于2015年加入德国慕尼黑的ADI公司，当时他还在攻读硕士。毕业后，他参加了ADI公司的培训生项目。

2017年，他成为一名现场应用工程师。Thomas为中欧的大型工业客户提供支持，并专注于工业以太网领域。他毕业于德国莫斯巴赫的联合教育大学电气工程专业，之后在德国康斯坦茨应用科学大学获得国际销售硕士学位。

联系方式：thomas.brand@analog.com。

（本文来源于《电子产品世界》杂志社2021年6月期）