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1、电路笔记CN-0306Circuits from the Lab? reference designs are engineered and tested for quick and easy system integration to help solve today s analog, mixed-signal, and RF design challenges. For more information and/or support, visit /参考器件AD7988-1 16位、 100 kSPS PulSAR ADCAD8641 低功耗、轨到轨输出精密单通道JFET 运算放大器AD
2、R435 5.0 V超低噪声 XFET? 基准电压源针对高达 1 kHz低于奈奎斯特频率输入信号优化的16位、100 kSPS低功耗数据采集系统Rev. A Circuits from the Lab? reference designs from Analog Devices have been designed and built by Analog Devices engineers. Standard engineering practices have been employed in the design and environment at room temperature. H
3、owever , you are solely responsible for testing the circuit and determining its suitability and applicability for your use and application. Accordingly, in no event shall Analog Devices be liable for direct, indirect, special, incidental, consequential or punitive damages due to any cause whatsoever
4、 connected to the use of any Circuits from the Lab circuits. (Continued on last page)One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 Fax: 781.461.3113 ?2012 2013 Analog Devices, Inc. All rights reserved. AD8641ADR435AD7988-1ADCVREFGNDVIN+49.9 ?49.9 ?634 ?VCC = +7.
5、5V2.7nFVCC = +7.5VVREF = +5VVINVOUTGND0.1 F0.1 F0.1 F22FIN+INGNDVDDVIOREFVDD = +2.5VVIO = +1.8V TO +5V3-WIRE INTERFACESDISDKSDOCNV0.1 FVSS = 2.5V0.1 F 1kHz246372316412109876511095-001图1. 使用 AD8641低功耗放大器驱动 AD7988-1 ADC的系统电路图 (原理示意图：未显示所有连接)评估和设计支持电路评估板CN-0306电路评估板 (EVAL-CN0306-SDPZ)系统演示平台 (EVAL-SDP-C
6、B1Z)设计和集成文件原理图、布局文件、物料清单电路功能与优势图1中的电路采用 16位、 100 kSPS逐次逼近型模数转换器(ADC) 系统，集成驱动放大器，针对最高1 kHz输入信号和100 kSPS 采样速率、功耗低至7.35 mW的系统而优化。这种方法对于便携式电池供电、要求低功耗的多通道应用极为有用。它还为那些两次转换突发之间的大部分时间ADC 都处于空闲状态的应用提供了优势。通常，选择高性能逐次逼近型ADC 的驱动放大器处理宽范围的输入频率。然而，当某个应用需要更低的采样速率时，便可节省大量功耗，因为降低采样速率会相应地降低ADC功耗。若要完全利用通过降低ADC采样速率使功耗下降的
7、优势，则需要使用低带宽、低功耗放大器。例如，推荐 80 MHz的ADA4841-1运算放大器 (10 V时功耗为12 mW)与AD7988-1 16位逐次逼近型寄存器(SAR) ADC(100 kSPS 时功耗为 0.7 mW)一同使用。包括 ADR435基准电压源(7.5 V时功耗为 4.65 mW)在内的总系统功耗在100 kSPS 时为17.35 mW。对于最高 1 kHz的输入带宽和 100 kSPS 的采样速率， AD86413 MHz运算放大器 (10 V时功耗为 2 mW)可提供出色的信噪比(SNR)和总谐波失真 (THD) 性能，并且在 100 kSPS 时可将总系统功耗从 1
8、7.35 mW降低至 7.35 mW，降幅达 58%。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 电路描述该电路包含 AD7988-1 ADC、AD8641放大器和 ADR435基准电压源。 AD7988-1是一款 16位、100 kSPS SAR ADC ，其低功耗可随采样速率调整，100 kSPS 时功耗为 0.7 mW。除了低功耗，它还具有业界领先的交流性能：SNR = 91 dB ，THD = -114 dBc 。驱
9、动放大器采用 AD8641低功耗、精密器件，其电源电流为200 A，增益带宽积为 3 MHz。AD8641可采用 5 V至26 V的电源供电。 ADC 的基准电压源采用ADR435，这是一款高精度、低噪声、 5 V XFET基准电压源。低电源电流(620 A)时，ADR435具有极低的温度系数 (3 ppm/ C)。100 kSPS 时，本电路的总功耗为 7.35 mW。信噪比 (SNR)为88.5 dBFS ，总谐波失真 (THD) 为-103 dBc，输入频率最高为 1 kHz。AD8641配置为单位增益缓冲器，并且它与AD7988-1 之间有一个截止频率为 93 kHz的RC滤波器 (6
10、34 ，2.7 nF)。滤波器允许使用诸如 AD8641等噪声更高的放大器，在28 nV/ Hz下依然具有低得多的功耗。与ADC的规格相比，以更高的噪声换取更低功耗的代价仅是系统的信噪比(SNR)性能下降了2.5 dB。相对于数据手册中推荐的数值(20 )，更高的CN-0306Rev. A | Page 2 of 4 11095-002图2. 使用AD8641放大器驱动 AD7988-1的系统电路性能R值(634 )表示 AD8641可以驱动 2.7 nF的大容量输入电容。更高的 R值可将最大输入带宽限制为1 kHz，使得失真较低。对于最高 1 kHz的输入，这与 AD8641的16位失真性能
11、 (THD低于-100 dBc)差不多。超过 1 kHz会加剧失真，因此不建议在更高的输入频率下使用该电路，而由于较长的建立时间，亦不建议在多路复用器应用中使用该放大器。注意，相对于正电源电压而言，AD8641需要至少 2 V的输入裕量。输出级以轨到轨方式工作。性能结果本电路的目的是在最高 1 kHz的给定输入频率范围、 100 kSPS的采样速率情况下，以尽可能最低的ADC 驱动器功耗水平提供良好的交流性能。图2显示 1 kHz输入信号下的电路性能FFT图。信噪比 (SNR) 为88.5 dB，总谐波失真 (THD) 为- 103 dB。相比 91 dB的规格， AD7988-1信噪比 (S
12、NR)下降的主要原因是 AD8641具有比 ADA4841-1的2 nV/ Hz 更高的噪声，为 28 nV/ Hz 。总系统功耗为 7.35 mW，其中： ADC为0.7 mW，放大器为 2 mW，基准电压源为 4.65 mW。这说明相对于 ADA4841-1的12 mW，它可降低 58%的功耗，总系统功耗为 17.35 mW。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - CN-0306Rev. A | Page 3 of
13、4 01234567885909510010511088.688.287.887.488.488.087.687.086.687.286.8THDSNRINPUT FREQUENCY (kHz)THD(dB)SNR(dB)11095-0030.0000010.000010.00010.0011k100120kTHD+NOISE(%)FREQUENCY (Hz)0.0041V p-p INPUT2V p-p INPUT4V p-p INPUT8V p-p INPUTVSY = 13VLOAD = 100k?GAIN = +110k11095-004图4. AD8641放大器的总谐波失真加噪声(T
14、HD+N) 与输入频率的关系9V WALLSUPPLY+9VUSBAUDIOPRECISIONSYS-2522EVAL-CN0306-SDPZVIN+VIN120-PINCONNECTORSDPBOARDPC WITHFFTANALYSISSOFTWARE图3显示系统总谐波失真(THD) 以及信噪比 (SNR)如何随着输入频率超过 1 kHz而下降。这是由于放大器失真导致的，可从图 4中的总谐波失真加噪声(THD+N) 与频率的关系曲线看出。常见变化AD8641 放大器可用于驱动高速、引脚兼容型ADC ，如AD7988-5和AD7980，但仅在不超过 100 kSPS 的较低采样速率下才有效。
15、 OP1177 放大器能够以双倍的电流(400 A)驱动AD7988-1，在4 kHz以下具有更佳的失真性能；并且由于噪声更低，从而信噪比 (SNR)也更佳 (90 dB)。电路评估与测试设备要求 (可以用同等设备代替 )需要以下设备：? EVAL-CN0306-SDPZ评估板? 系统演示板 (EVAL-SDP-CB1Z)? 函数发生器/信号源，例如这些测试中使用的Audio Precision SYS-2522? 评估板自带的 9 V壁式电源? 带USB端口的 PC、USB电缆，并且已安装10引脚 PulSAR软件设置并测试从ADI 网站的 AD7988-1产品页面下载 10引脚 PulSA
16、R软件，并使用 UG-340用户指南中的安装指南进行安装。其测量配置的功能框图如图 5所示。将9 V壁式电源连接至评估板电源引脚。若要测量频率响应，设备应按图 5所示进行连接。将 Audio Precision SYS-2522 信号发生器设置为 1 kHz频率和 5 V p-p正弦波，并具有 2.5 V直流漂移。使用评估板软件记录数据。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和交流性能。该软件及其特性见 UG-340用户指南。图5. 测试设置功能框图图3. AD8641放大器驱动 AD7988-1时，总谐波失真 (THD) 和信噪比(SNR)与输入频率的关系名师资料总结 - -
17、 -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - CN-0306Rev. A | Page 4 of 4 CN0306 Design Support Package: http:/ UG-340 User Guide, Evaluation Board for the 8-/10-Lead Family of 14-/16-/18-Bit PulSAR ADCs , Analog Devices. EVAL-SDP-CB1Z System Demon
18、stration Platform (SDP) MT-021 Tutorial, Successive Approximation ADCs, Analog Devices MT-031 Tutorial, Grounding Data Converters and Solving the Mystery of AGND and DGND, Analog Devices.MT-101 Tutorial, Decoupling Techniques, Analog Devices. Voltage Reference Selection and Evaluation Wizard, Analog
19、 Devices.CN-0306 Circuit Evaluation Board (EVAL-CN0306-SDPZ) System Demonstration Platform (EVAL-SDP-CB1Z) AD7988-1 Data Sheet AD7988-5 Data Sheet AD7980 Data Sheet ADR435 Data Sheet AD8641 Data Sheet OP1177 Data Sheet ADA4841-1 Data Sheet (Continued from rst page) Circuits from the Lab reference de
20、signs are intended only for use with Analog Devices products and are the intellectual property of Analog Devices or its licensors. While you may use the Circuits from the Lab reference designs in the design of your product, no other license is granted by implication or otherwise under any patents or
21、 other intellectual property by application or use of the Circuits from the Lab reference designs. Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, Circuits from the Lab reference designs are supplied as is and without warranties of any kind, express, implied
22、, or statutory including, but not limited to, any implied warranty of merchantability, noninfringement or tness for a particular purpose and no responsibility is assumed by Analog Devices for their use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from their
23、use. Analog Devices reserves the right to change any Circuits from the Lab reference designs at any time without notice but is under no obligation to do so. ?2012 2013 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. 数据手册和评估板修订历史2013 年12月修订版 0至修订版 A更改标题 .12012 年11月-版本0： 初始版了解详情CN11095sc-0-12/13(A)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -