优化18位、250 KSPS、PULSAR测量电路的交流性能

电路功能与优势

选择高性能ADC的配套产品是一项非常具有挑战性的工作。图1所示电路是一种用于18位、250 kSPS PulSAR® ADC的完整前端解决方案，专门针对交流性能而优化。

该电路以AD7691为中心，后者是一款PulSAR系列低功耗ADC（2.5 V、100 kSPS时为1.35 mW）。该ADC由超低失真、超低噪声放大器AD8597直接驱动，其基准电压源是超低噪声5 V ADR435。采用1 kHz输入音时，电路信噪比(SNR)为101 dB，总谐波失真(THD)为118 dB。

图1. 高性能、18位ADC前端（原理示意图：未显示所有连接和去耦）

电路描述

此电路的核心部分是一款18位、250 kSPS电荷再分配逐次逼近型模数转换器(ADC) AD7691，采用单电源供电。

它内置一个低功耗、高速、18位无失码的采样ADC、一个内部转换时钟和一个多功能串行接口端口。在CNV上升沿，该器件对IN+与IN-引脚之间的电压差进行采样。这两个引脚上的电压摆幅在0 V至REF之间、相位相反。基准电压(REF)由外部提供，最高可设置为电源电压，AD7691功耗和吞吐速率呈线性变化关系。

在为本电路笔记执行的实验中，AD7691与SDP（系统演示平台板，EVAL-SDP-CB1Z）接口，ADC SPI兼容串行接口则连接到DSP SPORT接口VIO电源。

AD7691采用10引脚MSOP或10引脚QFN (LFCSP)封装。

该ADC由AD8597（每个放大器4.8 mA）驱动，是一款低噪声、低失真运算放大器，非常适合用作输入缓冲器。AD8597在音频频率上具有低噪声(1.1 nV/√Hz)和低谐波失真（小于−120 dB）特性，能够达到音频、医疗和仪器仪表应用中对前置放大器的较宽动态范围要求。此外还具有出色的压摆率(14 V/μs)和10 MHz增益带宽积，非常适合医疗应用。

AD8597可以采用高达±15 V的电源电压工作。为了将功耗降至最低，该电路中选择+8 V和−2 V的电源电压。

AD8597提供8引脚SOIC和LFCSP两种封装，180 Ω电阻和2.7 nF电容构成单极点327 kHz低通滤波器，以进一步降低噪声。        

此应用中使用的基准电压源是ADR435，是XFET®系列基准电压源之一，具有低噪声、高精度和低温度漂移性能。利用温度漂移曲率校正专利技术和XFET（外加离子注入场效应管）技术，可以使电压随温度的变化降至最小。

ADR43x系列的源电流输出最高达30 mA，最大吸电流能力为20 mA。它还具有调整引脚，可以在0.5%范围内调整输出电压，而性能则不受影响。

ADR435提供8引脚MSOP或8引脚窄体SOICC封装。[!--empirenews.page--]

上述配置的动态性能如图2和图3所示，总结如下：

信噪比(SNR) = 101.02dB

总谐波失真(THD) = 118.44 dB

信纳比(SINAD) = 100.94 dB

动态范围 = 101.5 dB

图2. 评估板软件输出屏幕捕获

图3. 250 kSPS时1 kHz音采样的FFT细节

常见变化

PulSAR系列的其它引脚兼容18位ADC提供更高的采样速率：AD7690(400 kSPS)、 AD7982 (1 MSPS)、AD7984(1.33 MSPS)。

AD7986 (2 MSPS)提供20引脚4 mm × 4 mm LFCSP (QFN)封装。

AD8599 运算放大器是AD8597的双通道版本，需要时可以用于该电路。

ADA4841-1 （单通道）和ADA4841-2（双通道）均为较低功耗的运算放大器（每个放大器1.1 mA），但噪声略高(2.1 nV/√Hz)。

ADA4941-1针对驱动差分输入18位ADC而优化，每个放大器功耗为2.2 mA，噪声为10.2 nV/√Hz。

ADI公司的ADR43x系列或其它基准电压源系列提供其它基准电压。

虽然通过内置缓冲器生成VCM信号来偏置输入非常普遍，但是此电路无需缓冲器即可实现额定性能。[!--empirenews.page--]

电路评估与测试

设备要求（可以用同等设备代替）

EVAL-CN0261-SDPZ电路评估板

系统演示板(EVAL-SDP-CB1Z)

函数发生器、Audio Precision SYS-2522

外部10 nF陶瓷滤波器电容，如图4所示

电源：+8 V (50 mA)、−2 V (50 mA)、+5 V (500 mA)。

带USB端口的Windows® XP、Windows Vista®（32位）或Windows® 7（32位）PC

设置和测试

交流性能测量设置的框图如图4所示。EVAL-CN0261-SDPZ板由台式电源驱动，如图所示。

为测量频率响应，设备按图5所示进行连接。Audio Precision SYS-2522设置为以低于满量程0.5 dB的输入信号电平的条件下输出1 kHz音。外部10 nF电容用作信号发生器输出端的低通降噪滤波器。然后，利用评估板软件采集并分析FFT数据。

软件分析是评估板软件的一部分，使用户可以采集并分析直流或交流性能。

除交流性能以外，评估板软件还允许用户分析波形数据并绘制所测输入信号的直方图。

图4. 用于测量交流性能的测试设置