ADC

<strong>作者：Miguel Usach Merino</strong>

<strong>摘要</strong>

新的国际标准和法规加速了工业设备对安全系统的需求。功能安全的目标是保护人员和财产免受损害。这可以通过使用针对特定危险的安全功能来实现。安全功能由一系列子系统组成，包括传感器、逻辑和输出模块，因而需要系统层面和集成电路层面的专门技能来提供具有适当功能组合的IC。本文以AD7770 ∑-Δ ADC为例，探讨如何构思和设计高性能IC以提供模拟域和数字域中的先进特性组合，从而简化安全系统的设计。

<strong>简介</strong>

墨菲定律变体之一：“如果几件事都可能出错，首先出错的往往是会造成最大损失的那一件。”

如果一个系统可能产生直接或间接的致命威胁，例如机器故障等，那么设计该系统时，必须最大程度地降低故障可能性及其导致的负面影响。为了确保发生随机性和确定性故障的概率尽可能低，必须遵循特定的设计方法。工业中将这种设计方法称为功能安全方法。这种方法要求对系统进行细致入微的分析，确定所有潜在的危险情况，并运用最佳做法来将器件、子系统和系统的故障风险（例如电压过高或诊断失败等）降至容许的水平。

<strong>作者：Barry Zhang 和 Alex Buda</strong>

<strong>简介</strong>

许多系统设计人员使用Σ-Δ型ADC和RTD（电阻式温度检测器）进行温度测量，但实现ADC数据手册中规定的高性能时有困难。例如，一些设计人员可能只能从16位至18位ADC获得12至13个无噪声位。本文介绍的前端技术能够使设计人员在其系统设计中获得16个以上的无噪声位。

在比率式测量中使用RTD有一定优势，因为它能消除激励电流源的精度和漂移等误差源。下面是4线RTD比率式测量的典型电路。4线式配置的优势是可消除由引脚电阻产生的误差。

Analog Devices, Inc. (ADI)近日推出一款射频(RF)模数转换器(ADC)，可实现业界领先的速度和带宽。与传统的射频ADC相比，新型AD9213具有更高的参数性能和更大的奈奎斯特带宽，并且能够在更高的模拟输入频率下进行射频采样，可实现高达7 GHz的射频信号的数字化。AD9213支持航空航天、仪器仪表以及通信领域的新一代软件定义系统，助力实现更高的系统集成度，更低的成本以及更小的尺寸、重量和功耗（SWaP）。此外，其高采样速率和集成的后处理功能有助于在窄带应用中实现更高的性能。

<strong>摘要</strong>

ADI专利的容性可编程增益放大器(PGA)相比传统的阻性PGA具有更佳的性能，包括针对模拟输入信号的更高共模电压抑制能力。

本文描述了斩波容性放大器的工作原理，强调了需要放大传感器小信号至接近供电轨——比如温度测量（RTD或热电偶）和惠斯登电桥——时，此架构的优势。

Σ-Δ型模数转换器(ADC)广泛用于传感器具有较小输出电压范围和带宽的应用中（比如应变计或热敏电阻），因为这种架构提供高动态范围。具有高动态范围是因为，相比其它ADC架构，它具有低噪声性能。

Σ-Δ型转换器基于两条原理工作：过采样和噪声整形。当ADC对输入信号进行采样时，独立于采样频率的量化噪声会在直到采样频率一半的整个频谱内扩散。因此，如果输入信号以比奈奎斯特理论所推导出的最小值高很多的频率采样，则目标频段内的量化噪声下降。

图1显示了不同采样频率下的量化噪声密度示例。

<strong>简介</strong>

软件定义无线电、雷达系统、电子战 (EW)、电子智能(ELINT) 以及测试测量设备等各种应用，需要带宽为数GHz的宽带数据采集系统。理想情况下，系统设计人员希望能够将信号源（例如天线）直接连接到宽带高动态范围模数转换器 (ADC) 进行数字化。这些应用中有很多涉及到子采样，其中目标信号是远高于ADC采样率的高频信号。这种方法的一个主要限制是当前ADC通常没有足够的带宽来支持这些超宽带应用。虽然有多种高速ADC提供增强的采样速率，但其中能够提供数GHz以上输入带宽的则很少。此外，在超过超高频 (UHF) 频段的频率，要保持良好的采样线性度在技术上是非常困难的；当信号频率高于1 GHz或2 GHz时，目前多数ADC的线性度会迅速降低。

使用HMC661LC4B或HMC1061LC5超宽带采样保持放大器可以克服这些限制，所述器件设计用于需要最大采样带宽、在宽带宽内具有高线性度和低噪声的微波数据转换应用。HMC661LC4B提供18 GHz输入带宽和出色的宽带线性度，可用作ADC前端的外部主采样器。在HMC661LC4B中进行扩展带宽采样后，低带宽保持输出波形便可由一个带宽低很多的ADC处理。HMC1061LC5是HMC661LC4B采样保持放大器的双列版本。

<strong>作者：Reza Moghimi，ADI公司应用工程经理</strong>

高精度应用需要精心设计的低噪声模拟前端来获得最佳信 噪比(SNR)，这就要求采用明智的方法来选择ADC以全面 准确地捕捉传感器信号。还要选用驱动运算放大器和基准 电压源等支持器件来优化电路性能。

振动、温度、压力和光等现实世界的信号需要精 确的信号调理和信号转换，才能在数字域中进 行进一步数据处理。为了克服高精度应用的多 种挑战，需要一个精心设计的低噪声模拟前端来实现最佳 信噪比(SNR)。但许多系统既负担不起最昂贵的器件，也 无法承受低噪声器件的更高功耗。本文解决有关利用噪声 优化方法来设计完整解决方案的问题。本文提出了一种系 统的方法来设计增益模块和ADC组合，并给出一个实例供 大家参考。以调理低频(接近直流)信号为例，对该电路进 行噪声计算和分析。

设计模拟前端时，请遵循以下七个步骤：

<strong>作者：Rui Du</strong>

<strong>简介</strong>

与LDO器件相比，开关调节器散发的热量少得多，并且效率更高。因此，开关调节器适合为各类便携设备或无线传感器网络节点供电，从而延长电池续航时间。遗憾的是，开关调节器本身会在输出轨和地处产生纹波和噪声。同时，开关调节器会带来电磁辐射。由于功率开关连续不断的开关操作，这些干扰几乎是不可避免的。受寄生参数的影响，除了开关频率的整数倍处以外，噪声还会出现在意想不到的频率点。

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<strong>作者：Mary McCarthy和Eamonn Dillon</strong>

<strong>简介</strong>

有多种类型的传感器可以用于测量温度。具体选择何种传感器，取决于所测量的温度范围和所需的精度。系统精度取决于温度传感器的精度和用于数字化传感器输出的ADC性能。许多情况下，来自传感器的信号幅度非常小，因而需要高分辨率ADC。Σ-Δ型ADC适合这些系统，因为此类ADC是高分辨率器件，而且常常包括温度测量系统所需的额外片内电路，例如激励电流等。本应用笔记介绍可用的温度传感器(热电偶、RTD、热敏电阻和热二极管)以及传感器与ADC接口所需的电路，还会讨论对ADC的性能要求。

<strong>热电偶</strong>

在过去的几十年中，由于信号采集系统的不断增加和永不满足的带宽需求，尽管速度很慢，但高速模数转换器（ADC）性能指标发生了很大变化，尽管速度缓慢。ADC性能测量的方式也发生了变化。

在20世纪80年代，我们主要根据其直流规格（如差分和积分非线性（DNL和INL））来判断ADC。在20世纪90年代，我们主要根据其信噪比（SNR）来判断ADC。虽然无杂散动态范围（SFDR）也是一个重要的ADC参数，但噪声谱密度（NSD）是当今高速和每秒千兆（GSPS）ADC可用于定义其性能的又一全面规范。

虽然NSD已经用很长时间来定义转换器的噪声，但作为新型高速ADC的标题规范，许多系统设计人员可能都会觉得新颖。对于选择高速ADC时专注于其他规范的工程师来说，NSD也可能是一个完全陌生的概念。下面是一些工程师的典型问题的答案，这些答案有助于说明为什么他们应该更多地了解这种ADC性能指标：

作为真实世界信号与现代数字信号处理功能电路之间的关键使能接口——精准模数转换器，广泛应用于工业过程中的高端测试/测量系统。

但是，想要把传感器或其它信号源连接至转换器并获得数据转换器产品广告中宣称的所有性能，并不是一件容易的事，通常还需要用于提供缓冲、电压保护或其他功能等附加电路的帮助。

那么，该如何简化这个问题呢？

ADI 混合信号的高级设计工程师——Andrew Thomas对此谈到一款新型LTC2358 8通道ADC的集成化微微安培输入模拟缓冲器，它不仅实现了LTC2348 8通道逐次逼近型ADC出色的性能、任意输入测量的能力和超群的灵活性，同时还具备高性能FET输入缓冲。

这些缓冲器使得能够围绕信号的需求来设计信号调理，纯电容性的pA级输入可直接连接至多种精细的低电流传感器，并简化模拟抗混叠滤波器及其他功能电路的设计。现在就为大家介绍其缓冲输入可改善系统的几种方法。