匹配傳感器輸出和 ADC 輸入范圍可能很難，尤其是要面對當今傳感器所產生的多種輸出電壓擺幅時。本文為不同變化范圍的差分、單端、單極性和雙極性信號提供簡便但高性能的 ADC 輸入驅動器解決方案，本文的所有電路採用了 LTC2383-16 ADC 單獨工作或與 LT6350 ADC 驅動器一起工作來實現 92dB SNR。
LTC2383-16 是一款低噪聲、低功率、1Msps、16 位 ADC，具備 ±2.5V 的全差分輸入范圍。LT6350 是一款軌至軌輸入和輸出的、低噪聲、低功率單端至差分轉換器/ADC 驅動器，具備快速穩定時間。運用 LT6350，0V 至 2.5V、0V 至 5V 和 ±10V 的單端輸入范圍可以很容易轉換為 LTC2383-16 的 ±2.5V 全差分輸入范圍。
全差分驅動
圖 1 顯示了用于本文所述所有電路的基本構件。該基本構件用于至 LTC2383-16 模擬輸入的DC 耦合全差分信號。電阻器 R1、R2 和電容器 C1 將輸入帶寬限制到大約 500kHz。電阻器 R3 和 R4 減輕 ADC 輸入采樣尖峰的影響，該尖峰可能干擾傳感器或 ADC 驅動器輸入。
圖 1：全差分驅動電路
這個電路對于具備低阻抗差分輸出的傳感器很有用。驅動 AIN+ 和 AIN– 的共模電壓必須等于 VREF/2，以滿足 LTC2383-16 的共模輸入范圍要求。
圖 1 中的電路可以是 AC 耦合的，以在必要時，使 ADC 輸入的共模電壓與傳感器相匹配。只需通過一個 1k 電阻器將AIN+ 和 AIN– 偏置到 VCM (VCM=VREF/2)、通過一個 10µF 電容器將傳感器輸出耦合到AIN+ 和 AIN– 即可，如圖 2 所示。
圖 2：AC 耦合全差分驅動電路
當驅動 LTC2383-16 這類低噪聲、低失真 ADC 時，選擇合適的組件對保持高性能是至關重要的。這些電路中使用的所有電阻器的值都相對較低。這可保持較低的噪聲和較短的穩定時間。建議使用金屬薄膜電阻器，以減小由自熱引起的失真。C1 采用的是 NPO 電容器，因為這類電容器的電壓系數較低，從而可最大限度地減小失真。
單端至差分的轉換
當然，不是所有傳感器的輸出都是差分的。以下是一些用單端信號驅動 LTC2383-16 的方法。
0V 至 2.5V 單端輸入
圖 3 所示電路將 0V 至 2.5V 單端信號轉換為全差分 ±2.5V 信號。這個電路還具備高阻抗輸入，以便能用大多數傳感器輸出直接驅動該電路。如圖2 所示，通過 AC 耦合的VIN，VIN 端的共模電壓可以與 ADC 匹配。第二個放大器的共模電壓在 LT6350 的 +IN2 引腳處設定。圖 4 中的 32k 點 FFT 顯示運用圖 3 所示電路時 LTC2383-16 與 LT6350 合起來的性能。所測得的 92dB SNR 和 -107dB THD 與 LTC2383-16 的典型數據表規格參數緊密匹配。這表明，在信號通路中插入單端至差分轉換器后，即使引起 ADC 規格參數劣化，裂化程度也是極小的。
圖 3：單端至差分轉換器
圖 4：圖 3 電路的 FFT
AMPLITUDE：幅度
0V 至 5V 單端輸入
如果需要較寬的輸入范圍，那么可以驅動 LT6350 的負輸入，從而允許由 LT6350 的第一級衰減輸入電壓。圖 5 所示電路將 0V 至 5V 單端信號轉換為 ±2.5V 的差分信號，該差分信號驅動 LTC2383-16 的輸入。這個電路的輸入阻抗等于 R7。增大 R7 的值會提高輸入阻抗，從而使驅動更加容易。這么做的代價是，如果 R7 增大到高于 4.99k，那么噪聲和失真會略有提高，如表 1 所示。
圖 5：0V 至 5V 單端驅動器
表 1：0V 至 5V 驅動器的噪聲和失真隨輸入電阻的變化
±10V 單端輸入
有些傳感器提供高于和低于地的輸出電壓。圖 6 所示電路將 ±10V 的地參考單端信號轉換為 ±2.5V 差分信號，該差分信號驅動 LTC2383-16 的輸入。輸入阻抗仍然由 R7 設定。表 2 顯示了圖 6 電路的噪聲和失真隨輸入阻抗的變化。
圖 6：±10V 單端驅動器
表2：采用 ±10V 驅動器時噪聲和失真隨輸入電阻的變化
結論
LTC2383-16 是一款低功率、低噪聲、16 位 ADC，可非常容易地與種類繁多的傳感器輸出連接，包括范圍很寬的單極性、雙極性、差分和單端信號。 |
