针对交流性能优化的18 位、5 MSPS数据采集系统

 电路功能与优势

图1中的电路是一款完整的18位、5 MSPS、低功耗、低噪声、高精度数据采集信号链解决方案，功耗仅122 mW。基准电压源、基准电压源缓冲器、驱动放大器和ADC提供优化解决方案，具有业界领先的99 dB SNR和-117 dB THD。由于具有功耗低和PCB尺寸小的特点，该电路适合便携式应用。

图1. 18位、5 MSPS信号链(未显示所有连接和去耦)

电路描述

ADA4897-1是驱动高精度、18位、5 MSPS SAR ADC AD7960的理想选择。ADA4897-1是一款低噪声(1 nV/√Hz典型值)和低功耗(3 mA)轨到轨输出放大器，带宽为230 MHz，压摆率为120 V/μs，0.1%建立时间为45 ns。

ADA4897-1运算放大器的输入信号经820 Ω / 100 pF网络过滤，该网络带宽为2 MHz。针对AD7960 ADC输入的额外过滤由33 Ω / 56 pF网络提供，该网络带宽为86 MHz。后一个滤波器有助于降低来自AD7960容性DAC输入的反冲，并限制进入AD7960输入端的噪声。

电路使用+7 V和-2.5 V电源，用于ADA4897-1驱动器的输入，以最大程度降低功耗，实现最佳系统失真性能。ADA4897-1具有轨到轨输出级，可摆幅至每供电轨的150 mV以内。+7 V和 - 2.5 V电源提供的额外裕量具有出色的失真性能。

AD7960差分输入范围由5 V或4.096 V外部基准电压源设置。图1中，5 V基准电压源由ADR4550提供，该基准电压源具有高精度、低功耗(950 μA最大工作电流)、低噪声特性，最大初始误差为±0.02%，提供出色的温度稳定性和低输出噪声性能。AD8031用于缓冲外部基准电压源和AD7960的共模输出电压，适合各种应用，从高带宽电池供电系统到元器件密度要求具有更低功耗的高速系统。AD8031具有大容性负载稳定性，可驱动去耦电容，用于最大程度降低瞬态电流引起的电压尖峰。

AD7960数字接口使用低电压差分信号(LVDS)实现高数据传输率。用户必须对AD7960施加LVDS CLK+/CLK- 信号，才能向数字主机传输数据。

AD7960是一款5MSPS、18位转换器，具有±0.8 LSB INL、±0.5 LSB DNL、100 dB DR，功耗仅为46.5 mW。如图1所示，AD7960采用+5 V (VDD1)和+1.8 V(VDD2、VIO)电源。使用ADP7104和ADP124等LDO可产生所需的5 V和1.8 V电源。

AD7960可将反相模拟输入信号(IN+和IN-)的差分电压转换为数字输出信号。模拟输入IN+和IN-要求共模电压等于基准电压的一半。低噪声、低功耗放大器AD8031缓冲来自低噪声、低漂移ADR4550的+5V基准电压，还可缓冲AD7960的共模输出电压(VCM)。ADA4897-1配置为单位增益缓冲器，以0 V至5 V差分反相(180°反相)驱动AD7960的输入。图2显示典型积分非线性与AD7960输出代码的函数关系，并位于±0.8 LSB的规格范围内(采用5 V外部基准电压源)。

图2. AD7960典型积分非线性与输出代码的关系(5 V基准电压源)

直方图与FFT性能

图3中的直方图以及图4中的FFT曲线显示该电路的精密性能，采用5 V外部基准电压源。使用EVAL-AD7960FMCZ评估板获取数据，使用Audio Precision SYS-2702作为信号源。

图3. 典型直方图(5 V基准电压源)

图4. 1 kHz、-0.5 dBFS输入音FFT(5 V基准电压源)

常见变化

AD7961是一款16位、5 MSPS PulSAR 差分ADC，与AD7960 PulSAR 系列引脚兼容，因此如果只要求具有16位性能时，可代替图1电路中的AD7960使用。AD7960系列支持4.096 V或5 V外部基准电压源。EVAL-AD7960FMCZ板允许通过跳线选择ADR4540 (4.096 V)或ADR4550 (5 V)。

连接基准电压源的各种选项可通过AD7960的EN[0:3]使能引脚控制，如AD7960数据手册中所述。若需0 V至5 V输入范围，则ADR4550基准电压源可与AD8031基准电压源缓冲器一同使用。可以通过将AD7960的使能引脚设为EN[0:3] = ‘X001’ or ‘X101’实现。

如果需要，ADA4897-1和AD8031单通道运算放大器可用它们的双通道版本(分别为ADA4897-2和AD8032)来替代。

如需获得最佳的噪声和失真性能，则必要时可在电路中使用具有单位增益稳定、超低失真、1 nV√Hz电压噪声的运算放大器ADA4899-1 (15 mA)代替ADA4897-1。

电路评估与测试

我们开发了EVAL-AD7960FMCZ评估板来评估和测试AD7960 ADC。为了测试图1中的电路，使用两个ADA4897-1运算放大器驱动AD7960。

EVAL-AD7960FMCZ用户手册UG-490提供详细的原理图和用户指南。该文档描述如何运行本电路笔记中涉及的AC/DC测试。

请注意，用户可采用外部双电源，选择性为EVAL-AD7960FMCZ板上的输入放大器提供+7 V和-2.5 V电源。

测试设置的功能框图如图5所示，而评估板的照片如图6所示。

设备要求

为测试该电路，需要如下设备：

● EVAL-AD7960FMCZ评估板和软件

● 系统演示平台(EVAL-SDP-CH1Z)板

● 一个低失真信号发生器，如Agilent 81150A或Audio Precision SYS2702

● 带USB 2.0端口的PC，运行Windows XP、Windows Vista或Windows 7(32位或64位)

● 12 V直流壁式电源适配器(包括在EVAL-SDP-CH1Z板中)

● USB接口电缆(1)和SMA电缆(1)

图5. 测试设置功能框图

图6. EVAL-AD7960FMCZ板连接EVAL-SDP-CH1Z板