电路笔记 CN-0261 连接/参考器件 Circuits 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 www.analog.com/CN0261. AD7691 18位、1.5 LSB INL、250 kSPS PulSAR ADC AD8597 超低失真、超低噪声放大器 ADR435 超低噪声XFET 5 V基准电压源 针对交流性能优化的18位、250 kSPS数据采集系统 评估和设计支持 电路功能与优势 电路评估板 选择高性能ADC的配套产品是一项非常具有挑战性的工 CN-0261电路评估板(EVAL-CN0261-SDPZ) 作。图1所示电路是一种用于18位、250 kSPS PulSAR® ADC 系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z) 的完整前端解决方案，专门针对交流性能而优化。 设计和集成文件 原理图、布局文件、物料清单 ADR435 5V VREF VDD = 8V 2 0.1µF VIN VOUT 6 1µF GND 4 VDD = 8V 0.1µF VIN+ VCM = VREF ÷ 2 = 2.5V 49.9Ω VIO = 1.8V TO 5V VDD = 5V AD8597 2 7 6 180Ω 22µF 0.1µF 3 1 590Ω VCM 0.1µF VREF = 5V 590Ω 49.9Ω 1 2.7nF VIN+ VCM = 2.5V VDD REF IN+ 3 0.1µF 2 10 VIO SDI AD7691 SCK VIN– GND VOLTAGE DIVIDER FOR BIASING PURPOSES 4 VCM = VREF ÷ 2 = 2.5V 49.9Ω AD8597 2 3 0.1µF 1 CNV 7 3-WIRE INTERFACE 6 180Ω 18-BIT, 1.5LSB INL 250kSPS DIFFERENTIAL PulSAR ADC 2.7nF VCM 590Ω VOLTAGE DIVIDER FOR BIASING PURPOSES 49.9Ω 0.1µF 10467-001 590Ω 7 GND 8 5 VDD = 8V 0.1µF VIN– SDO IN– VSS = –2V 0.1µF 9 VSS = –2V 图1. 高性能、18位ADC前端(原理示意图：未显示所有连接和去耦) 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 construction of each circuit, and their function and performance have been tested and verified in a lab environment at room temperature. However, 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 toanycausewhatsoeverconnectedtotheuseofanyCircuitsfromtheLabcircuits. (Continuedonlastpage) One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 www.analog.com Fax: 781.461.3113 ©2012–2013 Analog Devices, Inc. All rights reserved. CN-0261 该电路以AD7691为中心，后者是一款PulSAR系列低功耗 ADR435提供8引脚MSOP或8引脚窄体SOICC封装。 ADC(2.5 V、100 kSPS时为1.35 mW)。该ADC由超低失真、 上述配置的动态性能如图2和图3所示，总结如下： 超低噪声放大器AD8597直接驱动，其基准电压源是超低噪 信噪比(SNR) = 101.02dB 声5 V ADR435。采用1 kHz输入音时，电路信噪比(SNR)为 总谐波失真(THD) = 118.44 dB 101 dB，总谐波失真(THD)为118 dB。 信纳比(SINAD) = 100.94 dB 电路描述 动态范围 = 101.5 dB 此电路的核心部分是一款18位、250 kSPS电荷再分配逐次逼 近型模数转换器(ADC) AD7691，采用单电源供电。 它内置一个低功耗、高速、18位无失码的采样ADC、一个 内部转换时钟和一个多功能串行接口端口。在CNV上升 沿，该器件对IN+与IN-引脚之间的电压差进行采样。这两 个引脚上的电压摆幅在0 V至REF之间、相位相反。基准电 压(REF)由外部提供，最高可设置为电源电压，AD7691功 耗和吞吐速率呈线性变化关系。 在为本电路笔记执行的实验中，AD7691与SDP(系统演示 10467-002 平台板，EVAL-SDP-CB1Z)接口，ADC SPI兼容串行接口则 连接到DSP SPORT接口VIO电源。 图2. 评估板软件输出屏幕捕获 AD7691采用10引脚MSOP或10引脚QFN (LFCSP)封装。 该ADC由AD8597(每个放大器4.8 mA)驱动，后者是一款低 0 FUNDAMENTAL = 1kHz, –0.3dB FROM FS SAMPLING FREQUENCY = 250kSPS SNR = 101.02dB THD = –118.44dB SINAD = 100.94dB DYNAMIC RANGE = 101.5dB 噪声、低失真运算放大器，非常适合用作输入缓冲器。 AD8597在音频频率上具有低噪声(1.1 nV/√Hz)和低谐波失真 中对前置放大器的较宽动态范围要求。此外还具有出色的 压摆率(14 V/μs)和10 MHz增益带宽，非常适合医疗应用。 AD8597可以采用高达±15 V的电源电压工作。为了将功耗降 –50 AMPLITUDE (dB) (小于−120 dB)特性，能够达到音频、医疗和仪器仪表应用 –100 –150 至最低，该电路中选择+8 V和−2 V的电源电压。 电容构成单极点327 kHz低通滤波器，以进一步降低噪声。 –200 –250 此应用中使用的基准电压源是ADR435，后者是XFET®系列 基准电压源之一，具有低噪声、高精度和低温度漂移性 能。利用温度漂移曲率校正专利技术和XFET(外加离子注 入场效应管)技术，可以使电压随温度的变化降至最小。 ADR43x系列的源电流输出最高达30 mA，最大吸电流能力 为20 mA。它还具有调整引脚，可以在0.5%范围内调整输出 电压，而性能则不受影响。 Rev. A | Page 2 of 4 0 20 80 40 60 FREQUENCY (kHz) 100 图3. 250 kSPS时1 kHz音采样的FFT细节 120 10467-003 AD8597提供8引脚SOIC和LFCSP两种封装，180 Ω电阻和2.7 nF CN-0261 常见变化 PulSAR系列的其它引脚兼容18位ADC提供更高的采样速率： AD7690 (400 kSPS)、AD7982 (1 MSPS)、AD7984 (1.33 MSPS)。 AD7986 (2 MSPS)提供20引脚4 mm × 4 mm LFCSP (QFN)封装。 AD8599运算放大器是AD8597的双通道版本，需要时可以 用于该电路。 ADA4841-1(单通道)和ADA4841-2(双通道)均为较低功耗的 运算放大器(每个放大器1.1 mA)，但噪声略高(2.1 nV/√Hz)。 ADA4941-1针对驱动差分输入18位ADC而优化，每个放大 器功耗为2.2 mA，噪声为10.2 nV/√Hz。 电路评估与测试 设备要求(可以用同等设备代替) • EVAL-CN0261-SDPZ电路评估板 • 系统演示板(EVAL-SDP-CB1Z) • 函数发生器、Audio Precision SYS-2522 • 外部10 nF陶瓷滤波器电容，如图4所示 • 电源：+8 V (50 mA)、−2 V (50 mA)、+5 V (500 mA)。 • 带USB端口的Windows® XP、Windows Vista®(32位)或 Windows® 7(32位)PC 设置和测试 交流性能测量设置的框图如图4所示。EVAL-CN0261-SDPZ 有关PulSAR ADC总结和推荐驱动器，请参考www.analog.com/ 板由台式电源驱动，如图所示。欲查看该评估板的完整文 PulSAR 档，请参见www.analog.com/CN0261DesignSupport。 ADI公司的ADR43x系列或其它基准电压源系列提供其它基 为测量频率响应，设备按图5所示进行连接。Audio Precision 准电压。 SYS-2522设置为以低于满量程0.5 dB的输入信号电平输出1 kHz 虽然通过内置缓冲器生成VCM信号来偏置输入非常普遍， 音。外部10 nF电容用作信号发生器输出端的低通降噪滤波 但是此电路无需缓冲器即可实现额定性能。 器。然后，利用评估板软件采集并分析FFT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 直流或交流性能。 除交流性能以外，评估板软件还允许用户分析波形数据并 绘制所测输入信号的直方图。 DC POWER SUPPLIES +5V −2V GND VIN+ AUDIO PRECISION SYS-2522 VIN− USB SDP BOARD EVAL-CN0261-SDPZ 120-PIN CONNECTOR 10nF CERAMIC 图4. 用于测量交流性能的测试设置 Rev. A | Page 3 of 4 PC WITH FFT ANALYSIS SOFTWARE 10467-004 +8V CN-0261 了解详情 数据手册和评估板 CN0261Design Support Package: www.analog.com/CN0261-DesignSupport CN-0261 Circuit Evaluation Board (EVAL-CN0261-SDPZ) Ardizzoni, John. A Practical Guide to High-Speed PrintedCircuit-Board Layout, Analog Dialogue 39-09, September 2005. AD7691 Data Sheet MT-021 Tutorial, Sucessive Approximation ADCs, Analog Devices. System Demonstration Platform (EVAL-SDP-CB1Z) AD8597 Data Sheet ADR435 Data Sheet MT-031 Tutorial, Grounding Data Converters and Solving the Mystery of "AGND" and "DGND," Analog Devices. 修订历史 MT-101 Tutorial, Decoupling Techniques, Analog Devices. 更改标题 .............................................................................................1 Voltage Reference selection and Evaluation Tool, Analog Devices. 2012年1月-版本0： 初始版 2013年12月—修订版0至修订版A (Continued from first page) Circuits from the Lab reference designs 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 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. 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