运用单个运算放大器驱动ADC的问题解析

引言
   　　我们都知道影响数据采集系统的主要因素包括：速度、精度、功耗、封装尺寸及器件成本，对于不同的应用，最关键的因素也不同。本文描述了在八通道数据采集系统中，如何使用单个运算放大器来驱动ADC，以降低整个系统的成本和尺寸。
   　　1 AD7329功能
   　　AD7329八通道、12位带符号位、1 MSPS ADC具有真双极性输入，以及四个可独立编程的软件选择输入范围：±4×VREF、±2×VREF、±VREF与0至4×VREF。这款器件设计灵活，配置后可满足各种应用需求。如图1所示，AD7329包含八通道多路复用器，其后是跟踪保持与逐次逼近型ADC、通道序列器、2.5V基准电压源，以及SPI兼容接口。
   
   　　图1. AD7329功能框图
   　　2 模拟输入通道
   　　模拟输入通道通过多路复用器连接到MUXOUT+与MUXOUT–引脚。ADCIN+与ADCIN–引脚连接至跟踪保持输入开关（R1）与采样电容（C2），如图2所示。需要注意的是，输入源必须提供驱动ADC输入所需的电流，在ADC的300 ns采集时间内建立到所需精度。当跟踪保持开关从保持切换到跟踪时，ADC的瞬态回弹可能会影响输入源。工作在最大采样速率下的应用可能需要一个输入缓冲放大器来驱动ADC，将输入源和跟踪保持开关进行隔离。
   
图2. AD7329模拟输入结构--单端模式
   
   　　3 输入结构的隔离
   　　AD7329的灵活设计使运算放大器可以放置在MUXOUT+与ADCIN+引脚之间。在图3中，AD797超低噪声、超低失真运算放大器将输入源和AD7329的输入结构进行隔离，增加了输入阻抗，并减少了驱动ADC所需的电流。这一配置还允许使用单个运算放大器来驱动最大采样频率下的八个模拟输入通道，从而减少器件数量、节省电路板面积，并降低系统成本。
   
   　　图3. MUXOUT和ADCIN之间的缓冲器增加了输入阻抗
   　　4 运算放大器的配置
   　　如图4所示，运算放大器配置为用于放大，使AD7329可支持毫伏范围内的信号，同时维持高性能。小信号通过AD797进行放大，并施加到ADCIN+引脚。为了实现最佳性能，增益的选择应使满量程输入信号能够使用ADC的完整动态范围。
   
  
   
　　图4.MUXOUT与ADCIN之间的增益级易于实现毫伏输入
   　　表1所示的是，在10 kHz输入及1 MSPS采样速率下，±10 V范围内获得的性能与增益之间的关系。需要注意的是，当增益等于1000时，转换器仍然能获得大于11的有效位数（ENOB），从而实现等效于21位ADC的动态范围。另外，图3中的配置所提供的所有优势同样适合这一应用。
   　　表1. 交流性能与增益的关系
   
   　　5 结语
   　　有些应用需要改变增益，以适应具有不同信号幅度的输入通道。在这些情况下，可使用AD8250、AD8251或AD8253等可编程增益仪表放大器（PGIA）来替代运算放大器。