低功耗ADC实现高性能明智设计
今天，人们希望将仪表携带到现场，让其靠电池电源运行，甚至立即实现更高的准确性。模拟电路与数字电路不同，它不会从较小几何尺寸产生的尺度效应中受益。如果功率消耗较少，那么噪声(精确测量的大敌)实际上将会增加。可以理解，随着新低压工艺的出现，信噪比(snr)将变得更差，因为信号幅度在减小。那么，在提高性能的同时，模拟信号链怎样才能走向绿色呢?
很多高速仪表的核心是一个高速模数转换器(adc)。例如：金属物体的非破坏性测试就采用了一种类似于医疗超声的成像方法，采用这种方法时，数字图像传感器为高速adc馈送信号。在某些情况下会有很多个通道，因此，尺寸和功耗成为关键。便携式仪表显然需要节省电池电力，不过，即使是固定安装设备，也需关注功率(无论是应对绿色倡议，还是仅仅要在外形紧凑的仪表中最大限度地降低热耗散)。adc的发展趋势是迁移至更小的工艺尺寸，并使用1.8v电源以降低功耗，但要实现与类似3v器件同样或者更高的性能，就需要更明智的adc设计。
凌力尔特(linear)公司开发出了几款引脚兼容，采样率高达125msps的1.8v超低功耗12位/14位和16位adc系列，这些器件以非常低的功率等级提供了卓越的动态性能。这些新型器件无需减少功能或者提高前端放大器要求，就可以极大地降低功耗。由于可以选用单、双、4和8通道adc,因此客户可以实现较高的通道密度，同时还可确保系统中的热耗散最低。不过，adc只是该链路中的一部分。整个信号链必须得到良好匹配，以使仪表顺利工作。
匹配信号通路设计
对于需要16位性能和超低功耗以延长电池寿命的应用而言，ltc2195系列是理想的解决方案。便携式仪表就是一个完美的例子。在很多应用中，来自传感器的信号必须在adc采样前进行调节。就这项任务而言，选择与adc性能匹配的低噪声、低功耗放大器非常重要，例如：可以选择ltc6406,它与ltc2195系列可以良好匹配。
ltc6406是一款具有低噪声(在输入端为1.6nv/√hz)和高线性度(在20mhz时为+44dbm oip3)的全差分放大器，它采用小型的3mm×3mm qfn封装。由外部电阻设定增益，从而为用户提供了最大的设计灵活性。低功耗(3.3v供电时为59mw)最大限度地降低了对系统功耗预算的影响。这款放大器同样具有下延至0.5v的共模电压范围，这意味着它可以与ltc2195实现无缝配对(ltc2195具有0.9v的标称共模电压)。
一般情况下，数字传感器输出为单端。这就需要在adc采样之前，进行单端至差分转换。如果dc的响应也需要进行转换，那么就不能使用变压器。这种情况下就需要诸如ltc6406这种能够进行单端至差分转换的低噪声放大器。
在该放大器之后必须放置一个滤波器，以降低放大器的宽带噪声，并将放大器输出与adc输入隔离(adc输入将产生与采样电容换向有关的共模干扰)。滤波器有助于衰减这类干扰，从而保护放大器。高阶滤波器则并不需要，因为放大器的噪声相当低。转折频率为12mhz的滤波器用在此处就已足够，它不会降低adc的性能。
最终的滤波器应被设计为仅降低放大器的宽带噪声，而不是作为具有陡峭过渡带的选择性滤波器。滤波器的陡峭过渡带会增加插入损耗，并降低放大器的oip3,这会导致传感器信号失真。图1所示电路实现了这个目标。
图1:单端至差分接口至高速adc.
图1采用的adc是ltc2195.该器件是一款16位125msps,同步采样、双通道adc,它采用1.8v单电源工作。该器件以每通道216mw功耗，实现了与消耗1.25w功率的adc几乎相同的snr性能。lvds串行接口允许该器件占用不到以前adc一半的电路板空间，同时，由于减少了i/o数，还允许使用更小的fpga.该电路与ltc6406结合，仅消耗275mw功率，这对于多通道系统而言是一个明显优势。同时，该电路可非常容易地应用于该系列14位和12位器件，或是以低得多的采样率采样的转换器，从而进一步节省功耗。
图2显示了此电路的性能。结果显示，在低输入频率时，放大器的线性度不会降低adc的sfdr,同时，snr也保持在76.5db不变。当以单位增益使用时，ltc6406不会降低ltc2195的snr或sfdr.
图2:当fs=125msps和fin=1mhz时，图1电路的fft结果。幅度(db)，频率(mhz)
本文小结
无论对固定安装还是对便携设备而言，向绿色仪表和测试设备发展的趋势不可避免。随着性能水平提高和功耗要求下降，匹配整个信号链元器件正变得非常重要。就16位性能而言，ltc2195这款adc是需要关注功率和高分辨率传感器应用的理想选择，而ltc6406则是一款良好匹配的驱动器放大器，该放大器不会使ltc2195性能打折扣，而且其功率要求也很低。通过使用一个相对低阶的滤波器来降低放大器的宽带噪声，该adc的数据表性能可非常容易地实现。ltc2195与ltc6406的配对组合适用于任何便携式图像传感器应用，并提供了卓越的性能和低功耗。
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利用机器人技术开发的紧凑型集成枕包机模块拾取线的应用
惯性传感器有哪些误差源
基于虚拟仪器和机器视觉技术实现影像增强器可靠性试验系统的设计
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5G接入网之后会有什么改变
我国实现低轨星间激光通信链路在轨稳定工作，通信速率达 2.5Gbps
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Protel中有关PCB工艺的条目简介
CASE语句的执行规则是什么？
直流稳压电路模电实验
如何提高配电网供电可靠性措施 频率调节装置可以提高供电可靠性
多功能连接和快速充电能力应用解决方案
很多高速仪表的核心是一个高速模数转换器(adc)。例如：金属物体的非破坏性测试就采用了一种类似于医疗超声的成像方法，采用这种方法时，数字图像传感器为高速adc馈送信号。在某些情况下会有很多个通道，因此，尺寸和功耗成为关键。便携式仪表显然需要节省电池电力，不过，即使是固定安装设备，也需关注功率(无论是应对绿色倡议，还是仅仅要在外形紧凑的仪表中最大限度地降低热耗散)。adc的发展趋势是迁移至更小的工艺尺寸，并使用1.8v电源以降低功耗，但要实现与类似3v器件同样或者更高的性能，就需要更明智的adc设计。
凌力尔特(linear)公司开发出了几款引脚兼容，采样率高达125msps的1.8v超低功耗12位/14位和16位adc系列，这些器件以非常低的功率等级提供了卓越的动态性能。这些新型器件无需减少功能或者提高前端放大器要求，就可以极大地降低功耗。由于可以选用单、双、4和8通道adc,因此客户可以实现较高的通道密度，同时还可确保系统中的热耗散最低。不过，adc只是该链路中的一部分。整个信号链必须得到良好匹配，以使仪表顺利工作。
匹配信号通路设计
对于需要16位性能和超低功耗以延长电池寿命的应用而言，ltc2195系列是理想的解决方案。便携式仪表就是一个完美的例子。在很多应用中，来自传感器的信号必须在adc采样前进行调节。就这项任务而言，选择与adc性能匹配的低噪声、低功耗放大器非常重要，例如：可以选择ltc6406,它与ltc2195系列可以良好匹配。
ltc6406是一款具有低噪声(在输入端为1.6nv/√hz)和高线性度(在20mhz时为+44dbm oip3)的全差分放大器，它采用小型的3mm×3mm qfn封装。由外部电阻设定增益，从而为用户提供了最大的设计灵活性。低功耗(3.3v供电时为59mw)最大限度地降低了对系统功耗预算的影响。这款放大器同样具有下延至0.5v的共模电压范围，这意味着它可以与ltc2195实现无缝配对(ltc2195具有0.9v的标称共模电压)。
一般情况下，数字传感器输出为单端。这就需要在adc采样之前，进行单端至差分转换。如果dc的响应也需要进行转换，那么就不能使用变压器。这种情况下就需要诸如ltc6406这种能够进行单端至差分转换的低噪声放大器。
在该放大器之后必须放置一个滤波器，以降低放大器的宽带噪声，并将放大器输出与adc输入隔离(adc输入将产生与采样电容换向有关的共模干扰)。滤波器有助于衰减这类干扰，从而保护放大器。高阶滤波器则并不需要，因为放大器的噪声相当低。转折频率为12mhz的滤波器用在此处就已足够，它不会降低adc的性能。
最终的滤波器应被设计为仅降低放大器的宽带噪声，而不是作为具有陡峭过渡带的选择性滤波器。滤波器的陡峭过渡带会增加插入损耗，并降低放大器的oip3,这会导致传感器信号失真。图1所示电路实现了这个目标。
图1:单端至差分接口至高速adc.
图1采用的adc是ltc2195.该器件是一款16位125msps,同步采样、双通道adc,它采用1.8v单电源工作。该器件以每通道216mw功耗，实现了与消耗1.25w功率的adc几乎相同的snr性能。lvds串行接口允许该器件占用不到以前adc一半的电路板空间，同时，由于减少了i/o数，还允许使用更小的fpga.该电路与ltc6406结合，仅消耗275mw功率，这对于多通道系统而言是一个明显优势。同时，该电路可非常容易地应用于该系列14位和12位器件，或是以低得多的采样率采样的转换器，从而进一步节省功耗。
图2显示了此电路的性能。结果显示，在低输入频率时，放大器的线性度不会降低adc的sfdr,同时，snr也保持在76.5db不变。当以单位增益使用时，ltc6406不会降低ltc2195的snr或sfdr.
图2:当fs=125msps和fin=1mhz时，图1电路的fft结果。幅度(db)，频率(mhz)
本文小结
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