电路笔记 CN-0305 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/CN0305. AD7988-5 16位、500 kSPS PulSAR ADC OP1177 精密、低噪声、低输入偏置电流 运算放大器 ADR435 5.0 V超低噪声XFET®基准电压源 针对高达4 kHz子奈奎斯特输入信号进行优化的16位、 300 kSPS、低功耗数据采集系统 评估和设计支持 时，便可节省大量功耗，因为降低采样速率会相应地降低 电路评估板 ADC功耗。 CN-0305电路评估板(EVAL-CN0305-SDPZ) 若要完全利用通过降低ADC采样速率使功耗下降的优势， 系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z) 则需要使用低带宽、低功耗放大器。 设计和集成文件 例如，针对最高输入约为100 kHz并搭配AD7988-5 16位逐次 原理图、布局文件、物料清单 逼近型寄存器(SAR) ADC(500 kSPS时功耗为3.5 mW，300 kSPS 电路功能与优势 时功耗为2.1 mW)的应用，推荐使用ADA4841-1 80 MHz的运 图1中的电路是一个16位、300 kSPS逐次逼近型模数转换器 算放大器(10 V时功耗为12 mW)。 包括ADR435基准电压源 (ADC)系统，其驱动放大器针对最高4 kHz输入信号和300 kSPS (7.5 V时功耗为4.65 mW)在内的总系统功耗在300 kSPS时为 采样速率、10.75 mW低功耗系统而优化。 18.75 mW。 这种方法对于便携式电池供电、要求低功耗的多通道应用 对于输入带宽低于4 kHz以及采样速率低于300 kSPS的情况， 极为有用。它还为那些两次转换突发之间的大部分时间 OP1177 1.3 MHz运算放大器(10 V时功耗为4 mW)可提供出色 ADC都处于空闲状态的应用提供了优势。 的信噪比(SNR)和总谐波失真(THD)性能，并且在300 kSPS时 可将总系统功耗从18.75 mW降低至10.75 mW，降幅达43%。 通常，高性能逐次逼近型ADC的驱动放大器用于处理宽范 围的输入频率。然而，当某个应用需要更低的采样速率 VCC = +7.5V 2 VIN 0.1µF VREF = +5V VOUT 6 ADR435 GND VDD = +2.5V 4 VIO = +1.8V TO +5V VCC = +7.5V 0.1µF OP1177 49.9Ω VIN+ 2 1 7 200Ω 6 3 1 49.9Ω REF 3 IN+ 2.7nF 0.1µF 4 IN– 0.1µF 2 10 VDD VIO SDI 9 AD7988-5 SDK 8 ADC SDO 7 GND 3-WIRE INTERFACE CNV 6 5 VSS = –2.5V 11093-001 VREF GND 0.1µF 22µF ≤4kHz 图1. 使用OP1177低功耗放大器驱动AD7988-5 ADC的系统电路图(原理示意图： 未显示所有连接) 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-0305 电路描述 对于最高5 kHz的输入，OP1177能实现16位失真性能(THD 该电路包含AD7988-5 ADC、OP1177放大器和ADR435基准 低于−100 dBc)。超过5 kHz会加剧失真，因此不建议在更高 电压源。AD7988-5是一款16位、500 kSPS SAR ADC，其低 的输入频率下使用该电路，而由于较长的建立时间，亦不 功耗可随采样速率调整，500 kSPS时功耗为3.5 mW。 除了 建议在多路复用器应用中使用该放大器。注意，OP1177需 低功耗，它还具有业界领先的交流性能： SNR = 91 dB， 要至少1.5 V的输入上裕量/下裕量，并且设置电源时需要1 V THD = −114 dBc。 输出上裕量/下裕量。另外需注意的是，OP1177无法用来 驱动放大器采用OP1177低功耗、精密器件，其电源电流为 驱动300 kSPS以上的AD7988-5，因为驱动器建立时间不足以 400 μA，增益带宽积为1.3 MHz。 OP1177可采用5 V至30 V 满足更短的ADC采集时间(见图3)。 的电源供电。ADC的基准电压源采用ADR435，这是一款高 性能结果 精度、低噪声、5 V XFET基准电压源。低电源电流(620 μA) 本电路的目的是在输入频率低于4 kHz、采样速率为300 kSPS 时，ADR435具有极低的温度系数(3 ppm/°C)。 300 kSPS时， 的情况下，以尽可能最低的ADC驱动器功耗水平提供良好 本电路的总功耗为10.75 mW。 信噪比(SNR)为90.6 dBFS， 的交流性能。图2显示4 kHz输入时的电路性能FFT图。信噪 总谐波失真(THD)为−102 dBc，输入频率最高为4 kHz。 比(SNR)为90.6 dBFS，总谐波失真(THD)为−102 dBc。相比 OP1177配置为单位增益缓冲器，并且它与AD7988-5之间 91 dBFS的规格，AD7988-5的信噪比(SNR)略微下降的主要 有一个截止频率为295 kHz的RC滤波器(200 Ω，2.7 nF)。滤 原因是OP1177具有比ADA4841-1的2 nV/√Hz稍高的噪声， 波器允许使用诸如OP1177等噪声更高的放大器，在8nV/√Hz 为8 nV/√Hz。 总系统功耗为10.75 mW，其中： ADC为2.1 下依然具有低得多的功耗。以更高的噪声换取更低的功 mW(采样速率为300 kSPS)，放大器为4 mW，基准电压源为 耗，而其代价仅是系统的信噪比(SNR)性能下降了0.4 dB。 4.65 mW。 这说明相对于ADA4841-1的12 mW，它可降低43% 相对于数据手册中推荐的数值(20 Ω)，更高的R值(200 Ω)表 的功耗，总系统功耗为18.75 mW。 示OP1177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数kHz，使得失真较低。 Rev. A | Page 2 of 5 11093-002 CN-0305 图2. 使用OP1177放大器驱动AD7988-5的系统电路性能 –80 图3显示在超过300 kSPS的较高采样速率下，系统的总谐波 91.0 SNR 失真(THD)如何增加，以及信噪比(SNR)如何下降。基于这 90.5 –85 个理由，让ADC在300 kSPS或更低条件下工作，可获得最佳 89.5 性能。 THD (dB) 88.5 –95 SNR (dB) 89.0 –90 88.0 THD 87.5 –100 –105 0 100 200 400 300 ADC SAMPLING RATE (kSPS) 500 86.5 600 图3. OP1177放大器驱动AD7988-5时，总谐波失真(THD)和 信噪比(SNR)与ADC采样速率的关系 Rev. A | Page 3 of 5 11093-003 87.0 CN-0305 图4显示随着输入频率超过4 kHz，系统总谐波失真(THD)增 常见变化 加，以及信噪比(SNR)下降。这是由于放大器失真导致 OP1177放大器可用于驱动引脚兼容型ADC，如将AD7988-1 的，可从图5中的总谐波失真加噪声(THD+N)与频率的关 驱动至最高100 kSPS，以及将AD7980驱动至最高300 kSPS。 系曲线看出。 AD8641放大器能够以一半的功耗(200 μA)驱动AD7988-5； –80 但其采样速率最高仅为100 kSPS，并且交流性能下降、输入 90.8 频率范围也更窄(参见CN-0306电路笔记)。 SNR 90.6 –85 电路评估与测试 设备要求(可以用同等设备代替) –90 90.2 90.0 –95 THD SNR (dB) THD (dB) 90.4 需要以下设备： • EVAL-CN0305-SDPZ评估板 • 系统演示板(EVAL-SDP-CB1Z) 89.8 –100 • 函 数 发 生 器 /信 号 源 ， 例 如 这 些 测 试 中 使 用 的 Audio 89.6 0 2 4 6 8 10 12 Precision SYS-2522 89.4 11093-004 –105 INPUT FREQUENCY (kHz) 图4. OP1177放大器驱动AD7988-5时，总谐波失真(THD)和 信噪比(SNR)与输入频率的关系 • EVAL-CN0305-SDPZ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 0.1 设置与测试 VSY = ±15V RL = 10kΩ BW = 22kHz 从ADI网站的AD7988-5产品页面下载10引脚PulSAR软件， 并使用UG-340用户指南中的安装指南进行安装。测量设置 0.01 THD + N (%) 的功能框图如图6所示。将9 V壁式电源连接至评估板的电 源引脚。若要测量频率响应，设备应按图6所示进行连 接。将Audio Precision SYS-2522信号发生器设置为4 kHz频率 和5 V p-p正弦波，并具有2.5 V直流漂移。 在软件窗口中， 0.001 设置ADC采样速率为300 kSPS。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 100 1k 6k FREQUENCY (Hz) 直流和交流性能。该软件及其特性详见UG-340用户指南。 11093-005 0.0001 20 图5. OP1177放大器的总谐波失真加噪声(THD+N)与输入频率的关系 9V WALL SUPPLY 9V VIN+ USB VIN– SDP BOARD EVAL-CN0305-SDPZ 120-PIN CONNECTOR 图6. 测试设置功能框图 Rev. A | Page 4 of 5 PC WITH FFT ANALYSIS SOFTWARE 11093-006 AUDIO PRECISION SYS-2522 CN-0305 了解详情 数据手册和评估板 CN0305 Design Support Package: http://www.analog.com/CN0305-DesignSupport CN-0305 Circuit Evaluation Board (EVAL-CN0305-SDPZ) UG-340 User Guide, Evaluation Board for the 8-/10-Lead Family of 14-/16-/18-Bit PulSAR ADCs, Analog Devices. AD7988-1 Data Sheet System Demonstration Platform (EVAL-SDP-CB1Z) EVAL-SDP-CB1Z System Demonstration 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 Devices AD7988-5 Data Sheet AD7980 Data Sheet ADR435 Data Sheet AD8641 Data Sheet OP1177 Data Sheet ADA4841-1 Data Sheet 修订历史 2013年12月—修订版0至修订版A 更改标题 .............................................................................................1 2012年11月-版本0： 初始版 (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. However, Circuits from the Lab reference designs are supplied "as is" and without warranties of any kind, express, implied, or statutory including, but not limited to, any implied warranty of merchantability, noninfringement or fitness 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 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. 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