针对交流性能优化的18 位、5MSPS数据采集系统

针对交流性能优化的18 位、5MSPS数据采集系统

光耦网专业的开发团队，为您定制工业电子应用方案！

该电路来自实验室的，经过设计和测试，可实现快速、轻松的系统集成，帮助解决当今的模拟、混合信号和射频设计挑战。如需更多信息和/或支持，请联系V+：pcxagi

连接/参考器件

评估和设计支持

1.电路评估板

AD7960电路评估板(EVAL-AD7960FMCZ)

2.系统演示平台(EVAL-SDP-CH1Z)

3.设计和集成文件

原理图、布局文件、物料清单

电路功能与优势

图1-中的电路是一款完整的18位、5 MSPS、低功耗、低噪声、 高精度数据采集信号链解决方案，功耗仅122 mW。基准电 压源、基准电压源缓冲器、驱动放大器和ADC提供优化解 决方案，具有业界先进的99 dB SNR和−117 dB THD。由于 具有功耗低和PCB尺寸小的特点，该电路适合便携式应用。

ADR4550

超低噪声、高精度基准电压源

产品特性：

·Max温度系数(TCVour):

1 ppm/C(C级0°C至+70°C)

2ppm/C(B级-40°C至+125°C)

·输出噪声(0.1 Hz至10 Hz):

1 μvp-p(Vour为2.048V(典型值)时)

·初始输出电压误差:

B级:±0.02%(Max值)

·输入电压范围:

3V至15V

·工作温度:

A级和B级:-40°C至+125°C

C级:0°C至+70°C

·输出电流:

+10mA拉电流/-10mA灌电流

·低静态电流:

950μA(Max值)

·低压差:

300mV(2mA，Vourz3V)

·8引脚S0IC封装

·通过汽车应用认证

·长期漂移:

51ppm(典型值)/4500小时

电路描述

ADA4897-1是驱动高精度、 18位、 5 MSPS SARADC AD7960 的理想选择。 ADA4897-1是一款低噪声(1 nV/√Hz典型值)和 低功耗(3 mA)轨到轨输出放大器，带宽为230 MHz，压摆率 为120 V/μs ，0.1%建立时间为45 ns。

ADA4897-1运算放大器的输入信号经820 Ω / 100 pF网络过 滤，该网络带宽为2 MHz。针对AD7960ADC输入的额外过 滤由33 Ω / 56 pF网络提供，该网络带宽为86 MHz。后一个 滤波器有助于降低来自AD7960容性DAC输入的反冲，并 限制进入AD7960输入端的噪声。

电路使用+7 V和-2.5 V电源，用于ADA4897-1驱动器的输入， 以Max程度降低功耗，实现Max系统失真性能。 ADA4897-1 具有轨到轨输出级，可摆幅至每供电轨的150 mV以内。 +7 V 和−2.5 V电源提供的额外裕量具有出色的失真性能。

AD8031用于缓冲外部基准电压源和AD7960的共模输出电 压，适合各种应用，从高带宽电池供电系统到元器件密度 要求具有更低功耗的高速系统。 AD7960差分输入范围由5 V 或4.096 V外部基准电压源设置。图1中， 5 V基准电压源由 ADR4550提供，该基准电压源具有高精度、低功耗(950 μA Max工作电流)、低噪声特性，Max初始误差为±0.02%，提 供出色的温度稳定性和低输出噪声性能。 AD8031具有大容 性负载稳定性，可驱动去耦电容，用于Max程度降低瞬态 电流引起的电压尖峰。

AD7960数字接口使用低电压差分信号(LVDS)实现高数据 传输率。用户必须对AD7960施加LVDSCLK+/CLK− 信号， 才能向数字主机传输数据。

AD7960是一款5MSPS、18位转换器，具有±0.8 LSB INL 、 ±0.5 LSB DNL、100 dB DR，功耗仅为46.5 mW 。 如图1所 示， AD7960采用+5 V (VDD1)和+1.8 V(VDD2 、VIO)电源。 使用ADP7104和ADP124等LDO可产生所需的5 V和1.8 V电源。

AD7960可将反相模拟输入信号(IN+和IN−)的差分电压转 换为数字输出信号。模拟输入IN+和IN−要求共模电压等于 基准电压的一半。低噪声、低功耗放大器AD8031缓冲来自 低噪声、低漂移ADR4550的+5V基准电压，还可缓冲 AD7960的共模输出电压(VCM) 。ADA4897-1配置为单位增 益缓冲器，以0 V至5 V差分反相(180°反相)驱动AD7960的输 入。图2显示典型积分非线性与AD7960输出代码的函数关 系，并位于±0.8 LSB的规格范围内(采用5 V外部基准电压源)。

图2.AD7960典型积分非线性与输出代码的关系(5 V基准电压源)

直方图与FFT性能

图3中的条形图以及图4中的FFT曲线显示该电路的精密性 能，采用5 V外部基准电压源。使用EVAL-AD7960FMCZ评 估板获取数据，使用Audio Precision SYS-2702作为信号源。

图3.典型条形图(5 V基准电压源)

图4. 1 kHz、−0.5 dBFS输入音FFT(5 V基准电压源)

欲查看完整原理图和印刷电路板的布局，请联系V+：pcxagi

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常见变化

AD7961是一款16位、 5 MSPS PulSAR®差分ADC，与AD7960 PulSAR® 系列引脚兼容，因此如果只要求具有16位性能 时，可代替图1电路中的AD7960使用。 AD7960系列支持 4.096 V或5 V外部基准电压源。 EVAL-AD7960FMCZ板允许 通过跳线选择ADR4540(4.096 V)或ADR4550(5 V)。

连接基准电压源的各种选项可通过AD7960的EN[0:3]使能 引脚控制，如AD7960数据手册中所述。若需0 V至5 V输入 范围，则ADR4550基准电压源可与AD8031基准电压源缓冲 器一同使用。可以通过将AD7960的使能引脚设为EN[0:3] = ‘X001’ or ‘X101’实现。

如果需要， ADA4897-1和AD8031单通道运算放大器可用它们的双通道版本(分别为ADA4897-2和AD8032)来替代。

如需获得Max的噪声和失真性能，则必要时可在电路中使用具有单位增益稳定、超低失真、 1 nV/√Hz电压噪声的运算放大器ADA4899-1(15 mA)代替ADA4897-1。

电路评估与测试

我们开发了EVAL-AD7960FMCZ评估板来评估和测试AD7960 ADC。为了测试图1中的电路，使用两个ADA4897-1运算 放大器驱动AD7960。

EVAL-AD7960FMCZ用户手册UG-490提供详细的原理图和 用户指南。该文档描述如何运行本电路笔记中涉及的 AC/DC测试。

请注意，用户可采用外部双电源，选择性为EVAL- AD7960FMCZ板上的输入放大器提供+7 V和−2.5 V电源。

测试设置的功能框图如图5所示。

设备要求

为测试该电路，需要如下设备：

l EVAL-AD7960FMCZ评估板和软件

l 系统演示平台(EVAL-SDP-CH1Z)板

l 一个低失真信号发生器，如Agilent 81150A或Audio Precision SYS2702

l 带USB 2.0端口的PC，运行Windows® XP 、Windows Vista 或Windows 7(32位或64位)

l 12 V直流壁式电源适配器(包括在EVAL-SDP-CH1Z板中)

l USB接口电缆(1)和SMA电缆(1）

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以上就是光耦网专业工程师团队的利用数字变阻器AD5270/AD5272和运算放大器AD8615构建紧凑型、低成本、5V、可变增益同相放大器方案。

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