用低功耗ADC實現綠色采集
2012-11-24
精確的電氣測量是在原始實驗室環境中進行的，在這類環境中具有充足的電力供應，時間分配也能確保極高的準確性。而今天，人們希望將儀表攜帶到現場，讓其靠電池電源運行，甚至立即實現更高的準確性。模擬電路與數字電路不同，它不會從較小幾何尺寸產生的尺度效應中受益。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。可以理解，隨著新低壓工藝的出現，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模數轉換器(ADC)。例如：金屬物體的非破壞性測試就采用了一種類似于醫療超聲的成像方法，采用這種方法時，數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，尺寸和功耗成為關鍵。便攜式儀表顯然需要節省電池電力，不過，即使是固定安裝設備，也需關注功率(無論是應對“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，但要實現與類似3V器件同樣或者更高的性能，就需要更明智的ADC設計。
凌力爾特(Linear)公司開發出了幾款引腳兼容，采樣率高達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，因此客戶可以實現較高的通道密度，同時還可確保系統中的熱耗散最低。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。
匹配信號通路設計
對于需要16位性能和超低功耗以延長電池壽命的應用而言，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。在很多應用中，來自傳感器的信號必須在ADC采樣前進行調節。就這項任務而言，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。由外部電阻設定增益，從而為用戶提供了最大的設計靈活性。低功耗(3.3V供電時為59mW)最大限度地降低了對系統功耗預算的影響。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實現無縫配對(LTC2195具有0.9V的標稱共模電壓)。
最終的濾波器應被設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，這會導致傳感器信號失真。圖1所示電路實現了這個目標。
文章由 接地電阻測試儀 http://www.home-e.net.cn/ 原創發布
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