SAR ADC前端设计:选择关键的放大器与RC滤波器
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更新于2024-08-06
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"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。
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