凌力爾特（Linear）公司推出的》101dB SNR的18位SAR ADC新系列一定令您振奮吧,？為了實(shí)現(xiàn)令人驚異的動(dòng)態(tài)范圍，您需要確保最大的信號(hào)利用了該ADC的整個(gè)滿標(biāo)度范圍,。換句話說(shuō),，您需要運(yùn)用所有代碼,。怎樣才能做到這一點(diǎn)呢？

　　ADC的信噪比（SNR）定義為,，ADC可以處理的最大信號(hào)與該ADC的本底噪聲之比,。為了實(shí)現(xiàn)高達(dá)102dB的SNR，LTC2379系列規(guī)定了10Vpp的差分輸入范圍,，這意味著兩個(gè)輸入中的每一個(gè)都可以在0V~5V范圍內(nèi)擺動(dòng),。

　　在ADC前面會(huì)有一個(gè)放大器。該放大器的作用是充當(dāng)一個(gè)良好的電壓源,，以給ADC的采樣電容充電,。ADC輸入是放大器輸出，因此,，針對(duì)ADC輸入從0V~5V擺動(dòng),，該放大器的輸出也必須在0V~5V范圍內(nèi)擺動(dòng)。

　　如果有寬范圍的電源軌可用,，那么事情就很容易了,。例如，也許您已經(jīng)有部分前端靠±15V的電源運(yùn)行,。在這種情況下,，任何靠這種電源軌運(yùn)行的運(yùn)算放大器，其輸出都可以在0V~5V之間擺動(dòng),。您可以使用LT1468實(shí)現(xiàn)極好的DC精度和快速建立時(shí)間，或者使用LT1124實(shí)現(xiàn)非常低的漂移和低1/f噪聲,，還可以使用LT6011實(shí)現(xiàn)封裝非常小的微功率運(yùn)算放大器,。

　　如果您不喜歡使用±15V這種寬范圍的電源，而仍然想要在0V~5V的整個(gè)范圍內(nèi)擺動(dòng),，那么,，可以?xún)H針對(duì)最后一級(jí)放大器產(chǎn)生特殊的電源軌，例如,，-2V和+7V,。LT6350驅(qū)動(dòng)LTC2379-18的參考設(shè)計(jì)準(zhǔn)確地做到了這一點(diǎn)（圖1）。用+7V電源給5V基準(zhǔn)供電也很方便,。

　　圖1：通過(guò)用+7V和-2V的電源給LT6350供電,，可以為每個(gè)ADC輸入從0V~5V擺動(dòng)提供大量空間。這是DC1783A演示板上演示的缺省參考設(shè)計(jì)

　不過(guò),，如果想用單一5V電源軌給放大器供電,，會(huì)發(fā)生什么情況呢？您也許認(rèn)為,，利用軌到軌運(yùn)算放大器就剛好有足夠的空間在0V~5V擺動(dòng),，但實(shí)際上卻并非如此,。軌到軌輸出級(jí)并非是真正軌到軌的。這種輸出級(jí)充其量也只能達(dá)到與每個(gè)軌相差約10mV的電壓,，而且這還是在硬限幅的情況下實(shí)現(xiàn)的,，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致較慢的飽和恢復(fù)時(shí)間。如果需要良好的線性度（低失真）,，那么輸出電壓通常應(yīng)該與每個(gè)軌相差至少數(shù)百毫伏,。例如，新的低功率差分運(yùn)放LTC6362（圖2）用單一5V電源工作,。其輸出可以擺動(dòng)至與任一電源軌相差約100mV的范圍,，該器件在與任一軌相差250mV以?xún)?nèi)時(shí)，保持》110dB的線性度,。如果您設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),，讓感興趣的最大信號(hào)不超過(guò)這個(gè)范圍，那么您就運(yùn)用了至少90%的ADC代碼,，這意味著,，實(shí)現(xiàn)了與規(guī)定動(dòng)態(tài)范圍相差不超過(guò)1dB的動(dòng)態(tài)范圍。在很多情況下,，這是最好的解決方案,。實(shí)際上，知道放大器保證不會(huì)超過(guò)（或惡化,、損害）ADC的輸入范圍會(huì)讓人安心,。這自然而然起到了保護(hù)作用。

　圖2：即使每個(gè)輸出擺動(dòng)到與最近的軌相差250mV以?xún)?nèi)時(shí),，LTC6362差分運(yùn)算放大器仍然保持》110dB的線性度,。這給以缺省模式運(yùn)行的LTC2397-18 ADC提供了-1dBFS的擺幅。如果以數(shù)字增益壓縮模式配置ADC,，那么,，為了仍然運(yùn)用該ADC的所有代碼，LTC6362的輸出僅需要8Vpp的差分?jǐn)[幅,。

　　LTC2379系列提供了被稱(chēng)為數(shù)字增益壓縮（DGC）的創(chuàng)新功能,。打開(kāi)這個(gè)功能時(shí)，ADC將基準(zhǔn)電壓10%~90%的電壓擺幅視為滿標(biāo)度,。以這種方式工作時(shí),，采用一個(gè)5V基準(zhǔn)，放大器輸出僅需要在0.5V~4.5V范圍內(nèi)擺動(dòng),，并且18位ADC的所有262,，144個(gè)代碼仍然可以使用。您可以相應(yīng)調(diào)整前端增益,，并以18位分辨率獲得滿標(biāo)度,，同時(shí),，放大器僅用單一5V電源運(yùn)行。即使用上所有代碼,，動(dòng)態(tài)范圍仍然會(huì)縮小一點(diǎn),，因?yàn)槟M電壓擺幅從10Vpp減小到了8Vpp，同時(shí),，熱噪聲仍然保持不變,。就18位ADC而言，量化噪聲非常小,，因此,，在數(shù)字增益壓縮模式，將會(huì)損失大約2dB的SNR,。就16位ADC而言,，在數(shù)字增益壓縮模式僅損失1dB的SNR，因?yàn)槟鷷?huì)從相應(yīng)減小的量化噪聲中受益,。

　　單端（或偽差分）LTC2369系列不支持?jǐn)?shù)字增益壓縮,。這是有意為之的，因?yàn)榫蛦味藛螛O性信號(hào)而言,，接近零的性能通常最為重要,。當(dāng)信號(hào)很小時(shí)，您恰恰最重視高性能ADC的精細(xì)分辨率和低噪聲性能,。就差分ADC而言,，當(dāng)兩個(gè)輸入相等時(shí)，就得到了“零”,。就單極性單端ADC而言,，當(dāng)輸入信號(hào)為地時(shí)，便得到“零”,。因此,，為了實(shí)現(xiàn)這種連接,，您確實(shí)需要放大器能擺動(dòng)到地,。如果沒(méi)有外部負(fù)電源可用，那么LTC6360可以用來(lái)解圍,。這款低噪聲,、高DC精度的高速運(yùn)算放大器包括一個(gè)內(nèi)置的片上充電泵，該充電泵在芯片上產(chǎn)生一個(gè)小的負(fù)偏置電壓,，給輸出級(jí)供電,。采用這種方式，輸出可以完全擺動(dòng)到0V,，而不會(huì)接近失真或限幅狀態(tài),。在高壓側(cè),，LTC6360的輸出可以擺動(dòng)至約4.5V。您或者可以將此定義為最大信號(hào),，并滿足在5V基準(zhǔn)的滿標(biāo)度的1dB內(nèi),，或者使用4.096V基準(zhǔn)并在滿標(biāo)度范圍內(nèi)擺動(dòng)。后一種系統(tǒng)完全靠單一5V電源工作,，甚至包括基準(zhǔn)本身（圖3）,。

　圖3：LTC6360運(yùn)算放大器包括一個(gè)片上的超低噪聲充電泵，該充電泵允許輸出完全擺動(dòng)至0V,，而不會(huì)產(chǎn)生任何失真跡象,。采用這種方式，便可以開(kāi)發(fā)一個(gè)完全的單電源系統(tǒng),，該系統(tǒng)仍然可以向LTC2379-18偽差分ADC提供滿標(biāo)度（包括零）范圍擺動(dòng)的電壓,。這個(gè)例子使用了一個(gè)4.096V基準(zhǔn)，以便LTC6655基準(zhǔn)IC也可以用5V模擬電源供電,。

　　以上所有內(nèi)容均探討了驅(qū)動(dòng)ADC的運(yùn)算放大器的輸出擺幅,。下面，我們應(yīng)該把注意力轉(zhuǎn)移到輸入擺幅的限制上了,。

　　有時(shí),，您想讓最后一級(jí)運(yùn)算放大器做的事情，就是緩沖信號(hào)并輸入到ADC,，而不提供任何增益或電平移動(dòng),。就一個(gè)配置為單位增益的運(yùn)算放大器而言，輸入擺幅與輸出相同,。這里的問(wèn)題仍然是,，如果您有范圍很寬的電源軌可用（例如，±15V或-2V~+7V）,，那將不存在任何問(wèn)題,。但是，如果您想用單一5V電源使運(yùn)算放大器工作,，那么有可能產(chǎn)生一種想法,，即認(rèn)為所需做的所有工作是，在很多軌到軌輸入運(yùn)算放大器中選出一個(gè),，然后一切都將正常工作,。不過(guò)，軌到軌輸入級(jí)實(shí)際上是由兩個(gè)并聯(lián)輸入級(jí)組成的：一個(gè)在輸入接近正軌時(shí)工作,；另一個(gè)在輸入接近負(fù)軌（或地）時(shí)工作,。這兩個(gè)輸入級(jí)每個(gè)都有自己的失調(diào)電壓。當(dāng)信號(hào)從一個(gè)輸入級(jí)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)輸入級(jí)時(shí),，在“切換”點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)失調(diào)電壓階躍,。這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)傳遞函數(shù)的非線性,。您需要查看運(yùn)算放大器的數(shù)據(jù)表，以弄清在兩種狀態(tài)下,，是否都對(duì)失調(diào)進(jìn)行了微調(diào),。如果沒(méi)有進(jìn)行微調(diào)，那么非線性就可能對(duì)16位或18位INL性能有很大的不利影響,。在另一方面,，LTC6360在整個(gè)輸入工作范圍內(nèi)對(duì)失調(diào)進(jìn)行了嚴(yán)格的調(diào)整。結(jié)果,，即使信號(hào)在0V~4V范圍內(nèi)擺動(dòng)時(shí),，諧波失真仍然能保持低于-100dB。這個(gè)范圍涵蓋了切換點(diǎn),，就這款運(yùn)算放大器而言,，切換點(diǎn)電壓約為3.6V。

　　另一種降低運(yùn)算放大器輸入擺幅要求的方法是,，采用反相配置的放大器,。例如，如圖4所示,，LT6350的每一個(gè)運(yùn)算放大器都配置為反相,，以便運(yùn)算放大器輸入的DC電壓保持在電源電壓范圍中間的某個(gè)部位。這樣,，輸入共模沒(méi)有任何問(wèn)題,。諸如LTC6362的差分運(yùn)算放大器本身就總是反相的。當(dāng)用于如圖所示的單端到差分轉(zhuǎn)換時(shí),，運(yùn)算放大器輸入確實(shí)有擺動(dòng),，但擺幅遠(yuǎn)小于信號(hào)本身的幅度。請(qǐng)注意,，在每一個(gè)反相配置中,，電路的輸入阻抗都是電阻性的，因此必須確保前面的電路能驅(qū)動(dòng)這個(gè)電阻,。

圖4：通過(guò)以反相模式配置LT6350的第一個(gè)運(yùn)算放大器,，即使給這個(gè)電路加上一個(gè)±10V的信號(hào)，該IC的輸入電壓也沒(méi)有變化,。LTC2379-18的數(shù)字增益壓縮將運(yùn)放輸出的0.5V~4.5V擺幅轉(zhuǎn)換為滿標(biāo)度,，從而即使僅用單一電源供電,，也可以提供所有代碼,。

總之，凌力爾特提供了全線的放大器解決方案,，以使所需信號(hào)進(jìn)入最高性能的16位和18位ADC.