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    第一講:驅動單極性精密ADC的單/雙通道放大器配置(上)

    發布時間:2015-03-01 責任編輯:echolady

    【導讀】本文主要介紹了不同的配置,利用單通道或雙通道運算放大器縮放信號并同時進行電平轉換,這樣才能使單極性ADC范圍最大。對于ADC接口與傳感器輸出來說,慣常遇見的問題就是如何讓XV到YV信號范圍適應ADC的輸入范圍。

    對于給定功率水平,FDA可實現最佳性能,但合適的FDA并不是總能找到。不過,單通道和雙通道運算放大器的選擇范圍更廣,可用來構建定制前端。 本文旨在介紹不同的配置,討論各種配置的用法和利弊,但并不涉及選擇適當的放大器及周邊無源元件等細節,因為后者須視具體情況而定。

    單端/偽差分輸入ADC

    單端/偽差分ADC常常是低分辨率或低性能轉換器,提供簡單的低功耗信號鏈,只有一條信號路徑。 但是,它并不具備差分輸入的噪聲抑制能力或額外信號擺幅。

    單位增益驅動器

    這是一種純粹的ADC驅動功能,無信號調理。 當前一級的驅動能力不夠時,它為ADC提供高輸入阻抗。 這種配置的噪聲和功耗最低,因為沒有附加電阻。 在單電源應用中,信號擺幅可能會受輸入或輸出放大器裕量要求的限制。 對于差分輸入,可利用兩個單位增益驅動器來實現高阻抗輸入。

    第一講:驅動單極性精密ADC的單/雙通道放大器配置(上)
    圖1
    第一講:驅動單極性精密ADC的單/雙通道放大器配置(上)
    圖2
     
    同相配置

    允許給輸入信號增加增益。 應注意,增加增益引起的放大器帶寬降低并不影響驅動ADC輸入。 這對所有配置都是如此。

    第一講:驅動單極性精密ADC的單/雙通道放大器配置(上)
    圖3:帶衰減/增益和電平轉換的反相配置(+/-5/10V輸入)
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    通過R2/R1衰減,支持輸入電壓范圍超出放大器電源電壓。 這可以用于標準工業+/-10V IO。 放大器輸入共模電壓由R3/R4分壓器從基準電壓獲得。 設置適當的R3/R4比值,以將信號電平轉換到ADC共模電壓Vref/2。 常見比值參見下表。 ADC輸入端出現的信號反相,這可以通過數字方式來糾正。

    第一講:驅動單極性精密ADC的單/雙通道放大器配置(上)
    圖4

    全差分輸入ADC

    全差分輸入ADC提供更高的分辨率和性能,但信號鏈也更為復雜,功耗會增加。 差分信號鏈提供更好的噪聲抑制能力和更大的信號擺幅(為單端ADC的兩倍)。 多數差分單極性ADC要求將輸入共模設置為Vref/2,以使信號擺幅最大。 這可能需要對輸入信號進行電平轉換。

    單端至差分轉換

    這是差分ADC需要使用的最常見配置之一,因為傳感器輸出是單端信號,或者前一級是儀表放大器。 以下配置顯示了執行單端差分轉換的不同方法及其利弊。

    高阻抗情況下的單端差分轉換


    此電路可在需要高輸入阻抗的情況下執行單端差分轉換,但裕量要求會提高。 該配置中,R1=R2,R3=R4,Vsig范圍是0-Vref。 將R1連接到Vsig而不是第一個放大器的輸出端,可以降低噪聲,并使IN+與IN-之間的相位延遲匹配得更好。 其代價是R1值會設置一個阻性輸入。

    第一講:驅動單極性精密ADC的單/雙通道放大器配置(上)
    圖5
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    單電源情況下的單端差分轉換

    對于單電源,可以利用軌到軌輸出(RRO)放大器實現單端差分轉換,對裕量的影響極小。 其代價是阻性輸入。 該配置中,R1=R2,R3=R4,R5=R6,輸入范圍是0-Vref。

    第一講:驅動單極性精密ADC的單/雙通道放大器配置(上)
    圖6

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