SAR ADC前端设计：选择关键的放大器与RC滤波器

"选择合适的放大器和RC滤波器对于SAR ADC的性能至关重要。放大器作为低阻抗缓冲器，调节输入信号，而RC滤波器则有助于抑制噪声和开关电容的反冲效应。设计过程中需要考虑的主要因素包括输入频率、ADC的吞吐速率以及是否存在输入复用。" 在设计SAR ADC的前端系统时，首先需要理解驱动放大器的作用。放大器不仅要放大输入信号，还要确保信号源与ADC输入端之间有良好的匹配，减少信号损失和失真。放大器的选择应基于其带宽、噪声性能和电源抑制比等参数，以确保在整个输入频率范围内提供稳定、低噪声的信号。 RC滤波器是另一个关键组件，它的主要任务是限制带外噪声并控制输入信号的带宽。RC滤波器的带宽直接影响到ADC的信噪比(SNR)和建立时间。带宽过宽可能导致噪声增大，而带宽过窄则可能延长建立时间，影响信号质量。图1展示了放大器、RC滤波器与ADC的典型连接，其中ADC输入的开关电容负载需要通过RC网络进行有效管理。 计算合适的RC滤波器值涉及多个步骤。首先，需要确定单通道或复用应用的RC带宽。然后，根据输入信号频率、幅度和ADC的转换时间(tCONV)来计算阶跃大小。转换时间是ADC从输入端断开进行位判断到返回输入端的周期，这期间输入信号的变化将形成阶跃。为了保持良好的SNR，需要限制这个阶跃的变化。 在给定的输入频率下，正弦波信号的最大不失真变化率可以用公式表示。如果ADC的转换速率远高于输入频率，那么在转换期间输入电压的最大变化即为阶跃电压。这个阶跃电压需要通过外部电容与ADC内部容性DAC的并联组合来衰减。因此，选择足够大的外部电容是必要的。 接下来，计算ADC输入建立至½LSB所需的时间常数τ，这涉及到采集时间和建立误差。阶跃大小VSTEP与建立误差（通常为½LSB）的自然对数比决定了所需的NTC时间常数数目。通过这些计算，可以精确地确定RC滤波器的R和C值，以确保在满足建立时间和信噪比要求的同时，限制噪声影响。 设计SAR ADC的前端系统是一个平衡各种因素的过程，包括输入信号特性、ADC性能和系统需求。正确选择放大器和RC滤波器，可以优化系统的动态范围、噪声性能和转换速度，从而实现最佳的信号处理效果。