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站到前面去：高速ADC---防止前端沖突 |
| 作者：IC921 欄目：模擬技術(shù) |
高速ADC：防止前端沖突日期：2004-12-30]來源：EDN CHINA 作者：Joshua Israelsohn 末端應(yīng)用中的趨勢表明：OEM們?nèi)栽谧非蟾叩乃俣群头直媛室约案偷氖д�、損耗及更小的尺寸和更低成本。但轉(zhuǎn)換器設(shè)計者并沒有為滿足客戶的這些需求開發(fā)出全新的架構(gòu)，實際上也很少有設(shè)計者這么做。相反，現(xiàn)有架構(gòu)的發(fā)展已經(jīng)遠遠超出了其發(fā)明者的想象，繼續(xù)在 IC 業(yè)的一個競爭非常激烈的領(lǐng)域中快速發(fā)展。 趨勢 這種發(fā)展一直是很迅速的。例如，在 EDN雜志的最近一次高速ADC調(diào)查中，正在出售的最快速12比特轉(zhuǎn)換器是ANALOG Devices公司的 AD9433（參考文獻 1）。AD9433 運行速度是125MS/s，功率是1.25W，帶寬是 750MHz。而在我們目前的調(diào)查中，至少有 5 家制造商已在提供速度范圍在 125MS/s ~ 1GS/s的器件，分辨率與速度有關(guān)，為8比特~14比特。 前次調(diào)查情況是，最快的轉(zhuǎn)換器多數(shù)是建立在基于 SAR（逐次逼近寄存器）的架構(gòu)或流水線架構(gòu)上的。長期以來一直是大學(xué)研究課題的高速Δ-Σ結(jié)構(gòu)，正開始填補SAR 在商用市場中留下的空白。 隨著廠商以迅猛的速度“爭當?shù)谝弧�，產(chǎn)品推出的速度似乎正在加快。糟糕的是，在產(chǎn)品發(fā)布后的幾個季度，廠商提供的只是一些初步的數(shù)據(jù)表。初步的數(shù)據(jù)表并非只有壞處。實際上，它們幫助 IC 制造商和早期采用產(chǎn)品的客戶更快地開始合作。但是，有些數(shù)據(jù)表有多個修訂版（有時多達 8 個以上），使人們在獲得 IC 樣品時，很難以無差錯的方式來做設(shè)計。 另一方面，與過去幾年相比，制造商們時常玩的規(guī)格游戲不那么流行了，至少不那么明顯了。多數(shù)數(shù)據(jù)表規(guī)定了最重要參數(shù)的最低和最高性能限度，有些是在 IC 的整個工作溫度范圍內(nèi)規(guī)定這些限度。最低 ENOB（有效比特數(shù)）規(guī)格較常見，但仍然不普遍。缺乏規(guī)格時，你可以從最低 SINAD 直接計算 ENOB：  轉(zhuǎn)換器的交流特性對于中等速度的通信是個挑戰(zhàn)，在射頻時更是如此（見附文《單值悖論》）。如果你在高速轉(zhuǎn)換器方面的知識并不豐富，就應(yīng)該在轉(zhuǎn)換器選擇上多花些時間。速度和分辨率相似的轉(zhuǎn)換器之間有很多微妙的差別，結(jié)果，數(shù)據(jù)表長度往往接近于  其中L是長度，f 是時鐘速率，m 是與廠商有關(guān)的變量。這一類別中，只有很少的器件有來自第二個來源的直接等價物。對于制造商而言，更常見的一個傾向是提供引腳兼容的“升級途徑”，使你能夠把某項設(shè)計遷移到更高的分辨率或時鐘速率。 隨著基礎(chǔ)技術(shù)和電路技術(shù)的成熟，以及高速轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域市場規(guī)模的擴大和競爭的加劇，主要制造商提供的規(guī)格變得更嚴格了。例如，關(guān)于數(shù)據(jù)表的一項簡要研究表明：靜態(tài)誤差一般很小。最高 DNL（差分非線性）通常小于 1LSB。結(jié)果，制造商保證不丟失代碼的分辨率一般等于銘牌上的分辨率，只有極少數(shù)例外。INL（積分非線性）通常也小于 1LSB，只在很少的器件中超過幾個 LSB。靜態(tài)性能很高，伴隨而來的是交流性能很高，這是因為靜態(tài)非線性和失真之間存在關(guān)系。因此，噪聲主導(dǎo)著很多轉(zhuǎn)換器的 ENOB。多數(shù)高速 ADC 的數(shù)據(jù)表顯示的 SNR 和 SINAD（信號、噪聲和失真）規(guī)格只相差十分之一或十分之幾分貝。這種情況下，如果數(shù)據(jù)表沒有規(guī)定最差情形下的 ENOB 或 SINAD，那么通過結(jié)合 SNR 和單獨報告的失真信息，你也許能夠合理地估算 SINAD。不過，如果你估算的分量包括典型值，尤其是當你的估算接近應(yīng)用的最低要求時，就應(yīng)格外小心了。 正如已經(jīng)提到的那樣，IC 制造商們往往希望勝過其他公司一籌，都聲稱自己的轉(zhuǎn)換器是最快的。在特定分辨率，多數(shù)應(yīng)用并不需要市場上最快的轉(zhuǎn)換器，而只需要足夠快的轉(zhuǎn)換器。只要轉(zhuǎn)換器制造商能夠滿足你的設(shè)計對速度的需要，那么就直接的用處而言，進一步提高速度也許還不如逐漸改善 ENOB、功耗或成本，這些特性在可用器件領(lǐng)域展現(xiàn)了豐富的多樣性。 多數(shù)高速轉(zhuǎn)換器制造商能夠提供廣泛的布局信息和適合于各種應(yīng)用的緩沖放大器的相關(guān)建議。多數(shù)制造商還提供評估板，從而使你迅速開始設(shè)計工作，并在設(shè)計周期的后期作為比較點。盡管有這么高級別的應(yīng)用支持，但你還是必須仔細把轉(zhuǎn)換器與附近其它子電路之間的相互影響降到最低限度（參考文獻 2）。 逐次逼近 過去幾個季度發(fā)布的典型 SAR 轉(zhuǎn)換器的速度大約是參考文獻 1 中討論的器件的兩倍。使用 ENOB 和最大取樣速率的乘積作為品質(zhì)因數(shù)，表現(xiàn)突出的產(chǎn)品包括 Texas Instruments 公司的 ADS7881、ANALOG Devices 公司的 AD7621、LINEAR TECHNOLOGY 公司的 LTC1403a （表 1）。  ANALOG 公司的 16 比特 AD7621 提供三種工作方式，外加“省電方式”。在所謂的翹曲方式（用于采樣不足的應(yīng)用）中，AD7621 每秒能取樣 2.5M 次，值得提醒的是，連續(xù)轉(zhuǎn)換之間的間隔不應(yīng)超過 1 ms。如果轉(zhuǎn)換不滿足該準則，比如在突發(fā)轉(zhuǎn)換的開始或加電序列之后，那么你應(yīng)該忽略第一次轉(zhuǎn)換。AD7621 的正常工作方式不要求最低轉(zhuǎn)換速率，運行速度是 2MS/s。還有一種低功耗方式，就是 ANALOG Devices 公司的《星際迷航》迷們所稱的脈沖方式，根據(jù)取樣速率來調(diào)節(jié)功耗，最大速率為 1.25MS/s。根據(jù)最新的初步資料，該公司還沒有發(fā)布“牽引束”選件，因此你必須把 LQFP-48 或可選的 LFCSP-48 封裝焊接到印制電路板，就像你對其它所有器件所做的那樣。  AD7621 依靠單一 2.5V 供電電壓來工作，具有片上低漂移基準、基準緩沖器、溫度傳感器。如果你把該轉(zhuǎn)換器與外部輸入選擇器一起使用，那么轉(zhuǎn)換器就能測量自身的溫度，這樣你可以利用這些數(shù)據(jù)來提高整個工作溫度范圍內(nèi)的校準精度。 LINEAR TECHNOLOGY公司的14比特 LTC1403A轉(zhuǎn)換器工作速度是2.8MS/s，功耗僅為 21mW，供電電壓是 3V。實際上，在最近推出的 SAR 轉(zhuǎn)換器中，LTC1403A 及其姊妹產(chǎn)品12比特 LTC1403，按照 ES/P（ENOB 與取樣速率的乘積除以功耗）品質(zhì)因數(shù)的測量結(jié)果來看，是單通道器件中能量效率最高的。LTC1403和 LTC1403A 有兩種低功耗空轉(zhuǎn)方式。在小睡方式中，在正常供電情況下，功耗降至不超過 4.5mW 的水平。芯片使內(nèi)部基準電壓保持偏置，這樣，轉(zhuǎn)換器就能夠在一個時鐘周期內(nèi)醒來。在睡眠方式中，基準的偏置也關(guān)閉，并且耗電進一步降至不超過 45mA 的水平。一旦處于睡眠狀態(tài)，轉(zhuǎn)換器要花 2 ms時間蘇醒，主要是因為基準的轉(zhuǎn)換時間和穩(wěn)定時間，假定負載是推薦的 10mF。 在低于100KHZ的頻率時，LTC1403A 的差分輸入提供的 CMRR（共模抑制比）一般高于 80dB，超過了期望的20DB/ 10倍頻滾降。該器件的 ENOB 幾乎與尼奎斯特點一致，在這一點，隨著失真現(xiàn)象增加，ENOB會下降。一種三線串行控制接口使 LTC1403 和 LTC1403A 可以置于 MSOP-10 封裝中，使這些器件對于便攜系統(tǒng)或現(xiàn)場嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用而言很有吸引力。 Texas Instruments 公司 (TI) 的 12 比特 ADS7881 的采樣速度高達 4MS/s。與 LTC1403 一樣，ADS7881 有兩種低功耗待機方式，把功耗從 110mW 最大值降到小睡方式的不足 10 mW 和睡眠方式的 9μW。蘇醒時間一般分別是 60 ns和 25 ms。 ADS7881 的采樣/保持放大器提供偽差分輸入，你應(yīng)該用匹配的源阻抗來驅(qū)動這種輸入，以便在輸入電壓范圍和工作溫度范圍內(nèi)把偏移、增益和線性誤差降到最小。輸入信號范圍是 0 ~2.5V。偽差分中的“偽”是指轉(zhuǎn)換器對輸入信號采樣，并把它們送到電容器陣列，該陣列抑制共模分量，不過只是在有限的 ±200mV 電壓范圍內(nèi)。在該范圍內(nèi)，典型 CMRR 在 1MHZ 時等于 60 dB。 ADS7881 有一個并口，因此采用 TQFP-48 封裝。你可以按照字節(jié)方式來配置該轉(zhuǎn)換器的 12 比特數(shù)據(jù)端口，用于 8 比特處理器。在這種安排中，你的處理器在兩次連續(xù)的字節(jié)讀操作期間讀取 12 比特數(shù)據(jù)。 I/Q 解調(diào)和多相電機控制等若干應(yīng)用均受益于信號對的同步采樣。廉價的雙通道轉(zhuǎn)換器以一種高效率利用電路板空間和電源的方式滿足了這種需要。LINEAR TECHNOLOGY 公司的 14 比特 1.5MS/s LTC1407A 雙通道 ADC 提供了在兩個采樣/保持放大器上進行的同時采樣，這兩個放大器共享一個 3MS/s SAR 內(nèi)核（圖 1）。轉(zhuǎn)換器在兩個采樣/保持放大器之間來回切換，并裝載一對 14 比特鎖存器。  圖1，LINEAR TECHNOLOGY公司的LTC1407和LTC1407A ,12比特和14比特雙通道1.5MS/s轉(zhuǎn)換器，采用單通道3MS/s SAR轉(zhuǎn)換器就能處理來自同步取樣/保持放大器的信號。 與 LTC1403A 一樣，LTC1407A 有一個 12 比特的姊妹產(chǎn)品 LTC1407，并具有用于省電的小睡方式和睡眠方式、一個三線數(shù)字接口，它采用 MSOP-10 封裝。這種雙通道轉(zhuǎn)換器的差分輸入范圍是 0~2.5V。只要差分分量和共模分量之和不超過標稱值 3V 的電源電壓，差分輸入還可以容納共模信號。 ANALOG Devices 公司的 AD7266 提供兩個完整的 12 比特 2MS/s轉(zhuǎn)換器，它們共享一個公共基準和控制塊。每個轉(zhuǎn)換器都有一個輸入復(fù)用器，你可以把它配置用于3個差分輸入信號或6個單端輸入信號。你可以選擇從兩個串行輸出引腳讀取兩個輸出字，或在一條線路上接連讀取。 AD7266最大功耗是20mW，依靠 5V 電源工作，根據(jù)我們的 ES/P 品質(zhì)因數(shù)，這使它成為了本次調(diào)查中用電效率最高的 SAR 轉(zhuǎn)換器。采用 3V 電源時，最高轉(zhuǎn)換速率降至 1.5MS/s，但功耗降得更快，最大僅為 8mW。關(guān)機方式的功耗最大為 5mW。 AD7266 自從推出以來，規(guī)格細節(jié)一直有些不全，這是因為它今年才會完全生產(chǎn)。雖然 SINAD、THD（總諧波失真）、SFDR（無雜散動態(tài)范圍）帶有最大值或最小值規(guī)格，但對于你也許希望了 |
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| 作者： IC921 于 2006/1/18 6:39:00 發(fā)布：
這是本站的文章，提醒一下 http://21ic.com/news/html/71/show5173.htm |
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| 3樓： | >>參與討論 |
| 作者： 一級菜鳥 于 2006/1/18 7:41:00 發(fā)布：
俺以為有人起得比俺早呢，搞半天921根本就沒睡，呵呵 * - 本貼最后修改時間：2006-1-18 7:45:15 修改者：一級菜鳥 |
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