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用低功耗ADC實(shí)現(xiàn)綠色采集
2012-11-24
精確的電氣測(cè)量是在原始實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行的，在這類環(huán)境中具有充足的電力供應(yīng)，時(shí)間分配也能確保極高的準(zhǔn)確性。而今天，人們希望將儀表攜帶到現(xiàn)場(chǎng)，讓其靠電池電源運(yùn)行，甚至立即實(shí)現(xiàn)更高的準(zhǔn)確性。模擬電路與數(shù)字電路不同，它不會(huì)從較小幾何尺寸產(chǎn)生的尺度效應(yīng)中受益。如果功率消耗較少，那么噪聲(精確測(cè)量的大敵)實(shí)際上將會(huì)增加?？梢岳斫?，隨著新低壓工藝的出現(xiàn)，信噪比(SNR)將變得更差，因?yàn)樾盘?hào)幅度在減小。那么，在提高性能的同時(shí)，模擬信號(hào)鏈怎樣才能“走向綠色”呢?
很多高速儀表的核心是一個(gè)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。例如：金屬物體的非破壞性測(cè)試就采用了一種類似于醫(yī)療超聲的成像方法，采用這種方法時(shí)，數(shù)字圖像傳感器為高速ADC饋送信號(hào)。在某些情況下會(huì)有很多個(gè)通道，因此，尺寸和功耗成為關(guān)鍵。便攜式儀表顯然需要節(jié)省電池電力，不過(guò)，即使是固定安裝設(shè)備，也需關(guān)注功率(無(wú)論是應(yīng)對(duì)“綠色”倡議，還是僅僅要在外形緊湊的儀表中最大限度地降低熱耗散)。ADC的發(fā)展趨勢(shì)是遷移至更小的工藝尺寸，并使用1.8V電源以降低功耗，但要實(shí)現(xiàn)與類似3V器件同樣或者更高的性能，就需要更明智的ADC設(shè)計(jì)。
凌力爾特(Linear)公司開(kāi)發(fā)出了幾款引腳兼容，采樣率高達(dá)125Msps的1.8V超低功耗12位/14位和16位ADC系列，這些器件以非常低的功率等級(jí)提供了卓越的動(dòng)態(tài)性能。這些新型器件無(wú)需減少功能或者提高前端放大器要求，就可以極大地降低功耗。由于可以選用單、雙、4和8通道ADC，因此客戶可以實(shí)現(xiàn)較高的通道密度，同時(shí)還可確保系統(tǒng)中的熱耗散最低。不過(guò)，ADC只是該鏈路中的一部分。整個(gè)信號(hào)鏈必須得到良好匹配，以使儀表順利工作。
匹配信號(hào)通路設(shè)計(jì)
對(duì)于需要16位性能和超低功耗以延長(zhǎng)電池壽命的應(yīng)用而言，LTC2195系列是理想的解決方案。便攜式儀表就是一個(gè)完美的例子。在很多應(yīng)用中，來(lái)自傳感器的信號(hào)必須在ADC采樣前進(jìn)行調(diào)節(jié)。就這項(xiàng)任務(wù)而言，選擇與ADC性能匹配的低噪聲、低功耗放大器非常重要，例如：可以選擇LTC6406，它與LTC2195系列可以良好匹配。
LTC6406是一款具有低噪聲(在輸入端為1.6nV/√Hz)和高線性度(在20MHz時(shí)為+44dBm OIP3)的全差分放大器，它采用小型的3mm×3mm QFN封裝。由外部電阻設(shè)定增益，從而為用戶提供了最大的設(shè)計(jì)靈活性。低功耗(3.3V供電時(shí)為59mW)最大限度地降低了對(duì)系統(tǒng)功耗預(yù)算的影響。這款放大器同樣具有下延至0.5V的共模電壓范圍，這意味著它可以與LTC2195實(shí)現(xiàn)無(wú)縫配對(duì)(LTC2195具有0.9V的標(biāo)稱共模電壓)。
最終的濾波器應(yīng)被設(shè)計(jì)為僅降低放大器的寬帶噪聲，而不是作為具有陡峭過(guò)渡帶的選擇性濾波器。濾波器的陡峭過(guò)渡帶會(huì)增加插入損耗，并降低放大器的OIP3，這會(huì)導(dǎo)致傳感器信號(hào)失真。圖1所示電路實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)。
文章由 接地電阻測(cè)試儀 http://www.91zenqing.cn/ 原創(chuàng)發(fā)布
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