ADC

<strong>Mary McCarthy and Aine McCarthy</strong>

有多种类型的温度传感器可以用于温度测量系统。具体使用何种温度传感器，取决于所测量的温度范围和所需的精度。温度测量系统的精度取决于传感器以及传感器所接口的模数转换器(ADC)的性能。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属于高分辨率器件，适合这些系统。其片内还嵌入了温度测量系统所需的其它电路，如激励电流和基准电压缓冲器等。本文介绍常用的3线和4线电阻温度检测器(RTD)，以及传感器与ADC接口所需的电路，并说明对ADC的性能要求。

<strong>RTD</strong>

RTD适合测量–200°C至+800°C的温度，在该温度范围内，这些器件的响应接近线性。RTD使用的典型元素有镍、铜和铂，100 Ω和1000 Ω铂制RTD最为常见。RTD有2线、3线或4线形式，其中3线和4线形式最为常用。RTD是无源传感器，需要一个激励电流来产生输出电压。RTD的输出电平从数十毫伏到数百毫伏不等，取决于所选的RTD。

<strong>Ryan Curran 应用工程师， ADI公司</strong>

逐次逼近型模数转换器又称SAR ADC，是通用级模数转换器，可产生连续模拟波形的数字离散时间表示。它们通过电荷再分配过程完成这一任务；在此过程中，已知的定量电荷与ADC输入端获取的电荷量相比较。期间针对所有可能的数字代码（量化电平）执行二进制搜索，最终结果收敛至某一代码，使内部集成的比较器返回平衡状态。0和1的组合表示电路产生的决策序列，使系统回到均衡状态。

SAR ADC是通用、易用、完全异步的数据转换器。但是，决定特定应用使用哪种转换器时，仍需做出一些选择。本文具体讨论ADI SAR ADC产品组合提供的模拟输入信号类型。但应注意，尽管本文关注的是SAR ADC，输入类型通用于所有ADC架构。根据所考虑电路的信号源类型或总体目标，需要做出特定设计决策和权衡。最简单的解决方案是匹配ADC输入类型与信号源输出配置。不过，源信号可能需要改变信号类型的调理，或者存在成本、功率或面积考虑因素，影响模拟输入类型决策。我们来了解一下不同的可用模拟输入类型。

<strong>单端</strong>

<strong>简介</strong>

逐次逼近型模数转换器（因其逐次逼近型寄存器而称为SARADC）广泛运用于要求最高18 位分辨率和最高5 MSPS 速率的应用中。其优势包括尺寸小、功耗低、无流水线延迟和易用。

主机处理器可以通过多种串行和并行接口（如SPI、I2C 和LVDS）访问或控制ADC。本文将讨论打造可靠、完整数字接口的设计技术，包括数字电源电平和序列、启动期间的I/O 状态、接口时序、信号质量以及数字活动导致的误差。

<strong>数字I/O 电源电平和序列</strong>

多数SAR ADC 都提供独立的数字I/O 电源输入（VIO 或 VDRIVEVDRIVE），后者决定接口的工作电压和逻辑兼容性。此引脚应与主机接口（MCU、DSP 或FPGA）电源具有相同的电压。数字输入一般应在DGND − 0.3 V与 VIO+ 0.3 V 之间，以避免违反绝对最大额定值。须在 VIO引脚与DGND 之间连接走线短的去耦电容。

<strong>Maithil Pachchigar ADI公司</strong>

<strong>简介</strong>

在很多应用中，模拟前端接收单端或差分信号，并执行所需的增益或衰减、抗混叠滤波及电平转换，之后在满量程电平下驱动ADC输入端。本文探讨精密数据采集信号链的噪声分析，并深入研究这种信号链的总噪声贡献。

如图1所示，低功耗、低噪声、全差分放大器ADA4940-1驱动差分输入、18位、1 MSPS PulSAR® ADC AD7982，同时低噪声精密5 V基准电压源ADR435用来提供ADC所需的5 V电源。此信号链无需额外驱动器级和基准电压缓冲器，简化了模拟信号调理，可节省电路板空间和成本。一个单极点截止频率2.7 MHz RC(22 Ω，2.7 nF)低通滤波器放在ADC驱动器输出和ADC输入之间，有助于限制ADC输入端噪声，并减少来自逐次逼近型(SAR) ADC输入端容性DAC的反冲。

<strong>Σ-Δ概述</strong>

过去几年间，Σ-Δ架构由于在混合信号VLSI工艺中有助于实现高分辨率ADC，因而日益受到青睐。然而，直到最近，商业化生产这些器件所需的工艺技术尚未问世。现在，1微米及更小的CMOS几何结构的制造条件已经成熟，因此Σ-Δ转换器在某些类型的应用中将变得更为常见，特别是在单芯片上集成ADC、DAC和DSP功能的混合信号IC中，Σ-Δ转换器的使用将尤为普遍。

从概念上讲，Σ-Δ转换器的数字特性多于模拟特性，但这并未降低Σ-Δ型ADC的模拟部分的重要性。五阶Σ-Δ调制器的设计（例如在双通道18位ADC AD1879中）绝不是轻而易举的小事一桩，数字滤波器同样如此。Σ-Δ转换器本质上是一种过采样转换器，尽管过采样只是成就整体性能的多种技术中的一种。总的说来，Σ-Δ转换器是利用分辨率非常低（1位）的ADC以极高采样速率对模拟信号进行数字化处理。但通过将过采样技术与噪声整形和数字滤波技术结合使用，使有效分辨率得以提高。然后，通过抽取过程降低ADC输出端的有效采样速率。1位量化器和DAC的线性度使Σ-Δ型ADC表现出极佳的微分和积分线性度，并且不必像其它ADC架构那样需要调整。

<strong>Doug Ito ADI公司产品应用工程师 </strong>

根据定义，高速模数转换器(ADC)是对模拟信号进行采样的器件，因此必定有采样时钟输入。某些使用ADC的系统设计师观测到，从初始施加采样时钟的时间算起，启动要比预期慢。出人意料的是，造成此延迟的原因常常是外部施加的ADC采样时钟的启动极性错误。

许多高速ADC的采样时钟输入具有如下特性：

* 差分
* 内部偏置到设定的输入共模电压(VCM)
* 针对交流耦合时钟源而设计

本讨论适用于时钟缓冲器具有上述特性的转换器。差分ADC时钟输入缓冲器常常有一个设计好的切换阈值偏移。如果没有这种偏移，切换阈值将发生在0 V差分。如果无偏移的时钟缓冲器被解除驱动且交流耦合，则器件内部会将时钟输入（CLK+和CLK−）拉至共模电压。这种情况下，CLK+上的直流电压和CLK−上的电压将相同，意味着差分电压等于0 V。

在理想世界里，若输入上无信号，则时钟缓冲器不会切换。但在现实世界里，电子系统中总是存在一些噪声。在输入切换阈值为0 V的假想情况中，输入上的任何噪声都会跨过时钟缓冲器的切换阈值，引发意外切换。

<strong>Subodh Madiwale和 Vuong Tran ADI公司</strong>

<strong>摘要</strong>

黑盒诊断利用先进的数字控制器提高了故障信息的准确性并缩短了故障诊断的周转时间，从而为革新客户返修故障分析提供了一个机会。

<strong>内容提要</strong>

* 数字控制器IC利用黑盒工具和在线诊断大幅降低返修率
* 黑盒内容
* 数据检测和恢复
* EEPROM寿命和数据保存期限

电源公司可以借用航空工业的概念，使用“黑匣子”监控系统运行并存储运行数据，以便在发生故障后进行检查。该概念将有助于对返修品进行故障分析。对电源公司及其客户而言，返修可能会耗费相当多的时间和资金，而且诊断和出具全面故障分析报告的时间压力可能会使供应商与客户之间的关系进一步紧张。是否有适当的故障诊断工具来快速调试并解决问题，在某种意义上决定了产品的成败。先进的PMBus™数字控制器ICADP1055适用于隔离电源系统，您可以配置它来提供线路内黑盒功能。

<strong>作者：Walt Kester</strong>

<strong>简介</strong>

噪声系数(NF)是RF系统设计师常用的一个参数，它用于表征RF放大器、混频器等器件的噪声，并且被广泛用作无线电接收机设计的一个工具。许多优秀的通信和接收机设计教材都对噪声系数进行了详细的说明(例如参考文献1)，本文重点讨论该参数在数据转换器中的应用。

现在，RF应用中会用到许多宽带运算放大器和ADC，这些器件的噪声系数因而变得重要起来。参考文献2讨论了确定运算放大器噪声系数的适用方法。我们不仅必须知道运算放大器的电压和电流噪声，而且应当知道确切的电路条件：闭环增益、增益设置电阻值、源电阻、带宽等。计算ADC的噪声系数则更具挑战性，大家很快就会明白此言不虚。当RF工程师首次计算哪怕是最好的低噪声高速ADC的噪声系数时，结果也可能相对高于典型RF增益模块、低噪声放大器等器件的噪声系数。为了正确解读结果，需要了解ADC在信号链中的位置。因此，当处理ADC的噪声系数时，务必小心谨慎。

<strong>作者：Aileen Ritchie和Claire Croke</strong>

<strong>简介</strong>

本应用笔记提供指南，概述如何将输配电应用的系统级要求转换成ADI数据手册中提供的模数转换器(ADC)规格。这些指南描述了测量和保护设备对系统级性能的影响。本应用笔记使用AD7779作为参考。但是，本应用笔记介绍的一般原则适用于ADI的所有ADC。

<strong>系统级要求</strong>

尽管系统级规格因应用而异，但是一些关键要求可运用至大部分应用，包括最大和最小标称工作电流(INOM)和精度规格。精度通常取决于测量或保护标准，规定了电流、电压或电能测量值的特定百分比误差。

<strong>主要规格</strong>

ADC或数据采集系统(DAQ)的交流或动态性能表示为给定输入频率和采样速率(fS)或输出数据速率(ODR)下的SNR、SINAD和THD。这些主要规格和描述如下所示：

• 信噪比(SNR)指实际输入信号的均方根值与奈奎斯特频率以下除谐波和直流以外所有其它频谱成分的均方根和之比。SNR用dB表示。

<strong>简介</strong>

ADI 公司拥有种类齐全的高性能差分放大器产品（包括ADL5561、ADL5562、AD8375、AD8376 和 AD8352 等 ），是以低失真、低噪声和低功耗为核心的通用 IF 和宽带应用的首选放大器。除了宽带宽、低失真外，这些放大器还具有增益调整能力，非常适合驱动模数转换器 (ADC)。通过在驱动放大器与目标 ADC 之间设计一个窄带通抗混叠滤波器，目标奈奎斯特频率区域外的放大器输出噪声得以衰减，有助于保持 ADC 的可用 SNR 性能。一般而言，若用一个恰当阶数的抗混叠滤波器时，SNR 性能会提高数个 dB。

此应用笔记介绍了一种接口设计方法，利用它可以实现高性能驱动放大器与 ADC（包括采用开关电容输入的 ADC）之间的更有效接口。本应用笔记所述的窄带接口方法针对驱动一些颇受欢迎的无缓冲输入 ADC 进行了优化，如AD9246、AD9640 和 AD6655 等。

<strong>接口元件简介</strong>