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最佳緩沖器-ADC組合

發布時間:2007/8/29 0:00:00 訪問次數:863

為使ADC配備最佳的驅動放大器(緩沖器),設計人員必須考慮阻抗匹配、電荷注入、噪聲降低和輸出精度等問題。ADC制造商常常為某個轉換器推薦一種特定的放大器,但實用的組合應該與目標系統的要求相適應。必須考慮系統的整體性能,還有ADC的輸入結構及其對緩沖器的影響。

面對A/D轉換器的發展(包括不斷提高的速度和分辨率,開關電容輸入結構和單電源工作等),設計人員必須仔細考慮相關的驅動放大器(緩沖器)。緩沖器必須為驅動ADC輸入提供一個低的信號源阻抗和足夠的輸出電流,而且緩沖器的高頻輸出阻抗必須足夠的低,以避免帶來轉換誤差。對于許多采樣ADC,緩沖器還要對微弱信號進行放大。

噪聲影響

理想情況下,運放信號源應該對ADC沒有誤差貢獻。為避免額外的噪聲引入系統,信號源的SNR(信噪比)最低應優于ADC的理論上限。幸運的是,幾乎所有的新一代運放的噪聲性能均遠優于12位,而且不難找到擾于16位噪聲性能的運放。應當注意是,放大器和ADC產生的噪聲功率是相加的。

圖1示出16位逐次逼近型ADC(MAX 195)和輸入驅動放大器(MAX 4256)之間的低噪聲、低失真接口電路。對于此電路,可用數據手冊提供的數據計算緩沖器貢獻的總RMS(均方根)噪聲:

輸入電壓噪聲密度:

    輸入電流噪聲密度:

    由于一個單極點濾波器的有效噪聲帶寬是其-3dB轉角頻率的1.57倍,MAX4256的噪聲帶寬是GBW/1.57Av。在IC中除電壓和電流噪聲外,電路中的每個電阻都貢獻一個噪聲電壓。這樣,總等效輸入噪聲是:

    即總噪聲等于:

    為簡化計算,請記住1KΩ電阻在1Hz帶寬內所產生的噪聲是4nVRMS。這樣,上式可簡化為:

    式中:

Req(BW)表示在某一特定帶寬內的等效電阻。

假定這個典型音頻應用的帶寬為20KHz、MAX195的采樣速率為85Ksps,則得到:

    應當注意,MAX4256的輸入電流噪聲0.5fA/(根號Hz)相比之下可以忽略。則在信號帶這內運放電路的總噪聲為:

    為了確定ADC一運放給合的總噪聲功率,首先把ADC的信噪比加失真(SINAD)值從分貝數轉換為電壓值,然后計算出它們平方和的平方根,再將結果轉換為分貝數。本例中,采用MAX195的SINAD最低保證值89dB。轉換為電壓(44.7μV)合

為使ADC配備最佳的驅動放大器(緩沖器),設計人員必須考慮阻抗匹配、電荷注入、噪聲降低和輸出精度等問題。ADC制造商常常為某個轉換器推薦一種特定的放大器,但實用的組合應該與目標系統的要求相適應。必須考慮系統的整體性能,還有ADC的輸入結構及其對緩沖器的影響。

面對A/D轉換器的發展(包括不斷提高的速度和分辨率,開關電容輸入結構和單電源工作等),設計人員必須仔細考慮相關的驅動放大器(緩沖器)。緩沖器必須為驅動ADC輸入提供一個低的信號源阻抗和足夠的輸出電流,而且緩沖器的高頻輸出阻抗必須足夠的低,以避免帶來轉換誤差。對于許多采樣ADC,緩沖器還要對微弱信號進行放大。

噪聲影響

理想情況下,運放信號源應該對ADC沒有誤差貢獻。為避免額外的噪聲引入系統,信號源的SNR(信噪比)最低應優于ADC的理論上限。幸運的是,幾乎所有的新一代運放的噪聲性能均遠優于12位,而且不難找到擾于16位噪聲性能的運放。應當注意是,放大器和ADC產生的噪聲功率是相加的。

圖1示出16位逐次逼近型ADC(MAX 195)和輸入驅動放大器(MAX 4256)之間的低噪聲、低失真接口電路。對于此電路,可用數據手冊提供的數據計算緩沖器貢獻的總RMS(均方根)噪聲:

輸入電壓噪聲密度:

    輸入電流噪聲密度:

    由于一個單極點濾波器的有效噪聲帶寬是其-3dB轉角頻率的1.57倍,MAX4256的噪聲帶寬是GBW/1.57Av。在IC中除電壓和電流噪聲外,電路中的每個電阻都貢獻一個噪聲電壓。這樣,總等效輸入噪聲是:

    即總噪聲等于:

    為簡化計算,請記住1KΩ電阻在1Hz帶寬內所產生的噪聲是4nVRMS。這樣,上式可簡化為:

    式中:

Req(BW)表示在某一特定帶寬內的等效電阻。

假定這個典型音頻應用的帶寬為20KHz、MAX195的采樣速率為85Ksps,則得到:

    應當注意,MAX4256的輸入電流噪聲0.5fA/(根號Hz)相比之下可以忽略。則在信號帶這內運放電路的總噪聲為:

    為了確定ADC一運放給合的總噪聲功率,首先把ADC的信噪比加失真(SINAD)值從分貝數轉換為電壓值,然后計算出它們平方和的平方根,再將結果轉換為分貝數。本例中,采用MAX195的SINAD最低保證值89dB。轉換為電壓(44.7μV)合

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