很久以前，精確的電氣測量是在原始實驗室環(huán)境中進(jìn)行的,，在這類環(huán)境中具有充足的電力供應(yīng),，時間分配也能確保極高的準(zhǔn)確性。而今天,，人們希望將儀表攜帶到現(xiàn)場,，讓其靠電池電源運(yùn)行,，甚至立即實現(xiàn)更高的準(zhǔn)確性。模擬電路與數(shù)字電路不同,，它不會從較小幾何尺寸產(chǎn)生的尺度效應(yīng)中受益,。如果功率消耗較少，那么噪聲（精確測量的大敵）實際上將會增加,?？梢岳斫猓S著新低壓工藝的出現(xiàn),，信噪比（SNR）將變得更差,，因為信號幅度在減小。那么,，在提高性能的同時,，模擬信號鏈怎樣才能"走向綠色"呢？

　　很多高速儀表的核心是一個高速2的模數(shù)轉(zhuǎn)換器">模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）,。例如：金屬物體的非破壞性測試就采用了一種類似于醫(yī)療超聲的成像方法,，采用這種方法時，數(shù)字圖像傳感器為高速ADC饋送信號,。在某些情況下會有很多個通道,，因此，尺寸和功耗成為關(guān)鍵,。便攜式儀表顯然需要節(jié)省電池電力,，不過，即使是固定安裝設(shè)備,，也需關(guān)注功率（無論是應(yīng)對"綠色"倡議,，還是僅僅要在外形緊湊的儀表中最大限度地降低熱耗散）。ADC的發(fā)展趨勢是遷移至更小的工藝尺寸,，并使用1.8V電源以降低功耗,，但要實現(xiàn)與類似3V器件同樣或者更高的性能，就需要更明智的ADC設(shè)計,。

　　凌力爾特（Linear）公司開發(fā)出了幾款引腳兼容,，采樣率高達(dá)125Msps的1.8V超低功耗12位/14位和16位ADC系列，這些器件以非常低的功率等級提供了卓越的動態(tài)性能,。這些新型器件無需減少功能或者提高前端放大器要求,，就可以極大地降低功耗。由于可以選用單,、雙,、4和8通道ADC,因此客戶可以實現(xiàn)較高的通道密度，同時還可確保系統(tǒng)中的熱耗散最低。不過,，ADC只是該鏈路中的一部分,。整個信號鏈必須得到良好匹配，以使儀表順利工作,。

　　匹配信號通路設(shè)計

　　對于需要16位性能和超低功耗以延長電池壽命的應(yīng)用而言,，LTC2195系列是理想的解決方案。便攜式儀表就是一個完美的例子,。在很多應(yīng)用中,，來自傳感器的信號必須在ADC采樣前進(jìn)行調(diào)節(jié)。就這項任務(wù)而言,，選擇與ADC性能匹配的低噪聲,、低功耗放大器非常重要，例如：可以選擇LTC6406,它與LTC2195系列可以良好匹配,。

　　LTC6406是一款具有低噪聲（在輸入端為1.6nV/√Hz）和高線性度（在20MHz時為+44dBm OIP3）的全差分放大器,，它采用小型的3mm×3mm QFN封裝。由外部電阻設(shè)定增益,，從而為用戶提供了最大的設(shè)計靈活性,。低功耗（3.3V供電時為59mW）最大限度地降低了對系統(tǒng)功耗預(yù)算的影響,。這款放大器同樣具有下延至0.5V的共模電壓范圍,，這意味著它可以與LTC2195實現(xiàn)無縫配對（LTC2195具有0.9V的標(biāo)稱共模電壓）。

　　一般情況下,，數(shù)字傳感器輸出為單端,。這就需要在ADC采樣之前，進(jìn)行單端至差分轉(zhuǎn)換,。如果DC的響應(yīng)也需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換,，那么就不能使用變壓器。這種情況下就需要諸如LTC6406這種能夠進(jìn)行單端至差分轉(zhuǎn)換的低噪聲放大器,。

　　在該放大器之后必須放置一個濾波器,，以降低放大器的寬帶噪聲，并將放大器輸出與ADC輸入隔離（ADC輸入將產(chǎn)生與采樣電容換向有關(guān)的共模干擾）,。濾波器有助于衰減這類干擾,，從而保護(hù)放大器。高階濾波器則并不需要,，因為放大器的噪聲相當(dāng)?shù)?。轉(zhuǎn)折頻率為12MHz的濾波器用在此處就已足夠，它不會降低ADC的性能,。

　　最終的濾波器應(yīng)被設(shè)計為僅降低放大器的寬帶噪聲,，而不是作為具有陡峭過渡帶的選擇性濾波器。濾波器的陡峭過渡帶會增加插入損耗，并降低放大器的OIP3,這會導(dǎo)致傳感器信號失真,。圖1所示電路實現(xiàn)了這個目標(biāo),。

圖1:單端至差分接口至高速ADC

　　圖1采用的ADC是LTC2195.該器件是一款16位125Msps,同步采樣、雙通道ADC,它采用1.8V單電源工作,。該器件以每通道216mW功耗,，實現(xiàn)了與消耗1.25W功率的ADC幾乎相同的SNR性能。LVDS串行接口允許該器件占用不到以前ADC一半的電路板空間,，同時,，由于減少了I/O數(shù)，還允許使用更小的FPGA.該電路與LTC6406結(jié)合,，僅消耗275mW功率,，這對于多通道系統(tǒng)而言是一個明顯優(yōu)勢。同時,，該電路可非常容易地應(yīng)用于該系列14位和12位器件,，或是以低得多的采樣率采樣的轉(zhuǎn)換器，從而進(jìn)一步節(jié)省功耗,。

　　圖2顯示了此電路的性能,。結(jié)果顯示，在低輸入頻率時,，放大器的線性度不會降低ADC的SFDR,同時,，SNR也保持在76.5dB不變。當(dāng)以單位增益使用時,，LTC6406不會降低LTC2195的SNR或SFDR.

圖2:當(dāng)FS=125Msps和FIN=1MHz時,，圖1電路的FFT結(jié)果。幅度（dB）,，頻率（MHz）

本文小結(jié)

　　無論對固定安裝還是對便攜設(shè)備而言,，向"綠色"儀表和測試設(shè)備發(fā)展的趨勢不可避免。隨著性能水平提高和功耗要求下降,，匹配整個信號鏈元器件正變得非常重要,。就16位性能而言，LTC2195這款A(yù)DC是需要關(guān)注功率和高分辨率傳感器應(yīng)用的理想選擇,，而LTC6406則是一款良好匹配的驅(qū)動器放大器,，該放大器不會使LTC2195性能打折扣，而且其功率要求也很低,。通過使用一個相對低階的濾波器來降低放大器的寬帶噪聲,，該ADC的數(shù)據(jù)表性能可非常容易地實現(xiàn)。LTC2195與LTC6406的配對組合適用于任何便攜式圖像傳感器應(yīng)用，并提供了卓越的性能和低功耗,。