所有行業(yè)的數(shù)據(jù)采集：增加單極性輸入的增益

正如我們上次討論的，我們將介紹ADAQ798x集成ADC驅(qū)動器的幾個常見且有用的配置選項(xiàng)，如何設(shè)計(jì)它們，以及在設(shè)計(jì)時需要注意什么。在今天的文章中，我們將討論如何使用常見的同相配置將ADAQ798x與小于ADC輸入范圍0 V至VREF的單極性輸入源連接。

同相配置

ADC在0 V和V之間轉(zhuǎn)換輸入裁判.這意味著ADC驅(qū)動器的輸出也必須為0 V至VREF允許系統(tǒng)利用 2 的全部范圍16ADAQ798x提供的代碼。ADAQ798x的集成ADC驅(qū)動器可提供增益，為幅度較小的信號提供必要的升壓。

這就是同相配置的用武之地！這種配置為單極性信號提供增益、高輸入阻抗，并且只需要兩個額外的電阻。

許多系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員已經(jīng)知道同相配置的工作原理，但我們將在ADAQ798x的背景下進(jìn)行研究，以及配置如何影響關(guān)鍵系統(tǒng)性能參數(shù)，包括系統(tǒng)噪聲、信噪比（SNR）和總諧波失真（THD）。

一、我們?nèi)绾芜x擇電阻R。f和 Rg給定應(yīng)用的輸入范圍和基準(zhǔn)電壓？ADC驅(qū)動器輸出端的電壓（vAMP_OUT） 是：

鑒于vAMP_OUT介于0 V和VREF之間，則很容易計(jì)算出應(yīng)用輸入范圍（vIN+）的Rf與Rg之比：

計(jì)算 R 后f到 Rg比率，則必須選擇其特定值。這些電阻的“正確”值取決于應(yīng)用，必須選擇這些電阻以平衡系統(tǒng)噪聲性能與功耗、失真和放大器穩(wěn)定性。R 值較低f從而降低噪聲，但也會導(dǎo)致從ADC驅(qū)動器的輸出中消耗更多的電流（增加功耗）。使用較高的 R 值f可以限制這種功耗，但會導(dǎo)致增加系統(tǒng)噪聲和潛在的穩(wěn)定性問題。

電阻產(chǎn)生的噪聲量與其電阻成正比。較大的電阻會產(chǎn)生更多的噪聲，并且會影響系統(tǒng)的本底噪聲和交流性能規(guī)格（如SNR）?？傁到y(tǒng)噪聲可以通過取電路中各個噪聲源（包括電阻、ADC驅(qū)動器和ADC本身）的平方根來計(jì)算：

其中 vn，系統(tǒng)是系統(tǒng)均方根本底噪聲，Vn，模數(shù)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動器是ADC驅(qū)動器電路（包括外部電阻）的總噪聲，v。n，ADC是ADC的本底噪聲規(guī)格。

ADAQ7980/ADAQ7988數(shù)據(jù)手冊說明了如何計(jì)算電壓n，模數(shù)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動器（參見噪聲考慮因素和信號建立），并給出vn，ADC作為 44.4 μV有效值用于5 V基準(zhǔn)電壓源。CN-0393還解釋了如何根據(jù)系統(tǒng)總噪聲計(jì)算系統(tǒng)的預(yù)期SNR（參見系統(tǒng)噪聲分析）。為了簡潔起見，我們不會在這里再次進(jìn)行這些計(jì)算，但我們將在這里給出另一個示例。

讓我們看一下ADAQ7980在使用0 V基準(zhǔn)電壓源時需要直接與輸出范圍為2 V至5.5 V的傳感器接口的情況。由于傳感器的輸出幅度等于ADC輸入范圍的一半，因此ADC驅(qū)動器的增益應(yīng)設(shè)置為2。這需要 Rf等于 Rg，但選擇了Rf有些靈活。首先，讓我們看看 R 的不同值是如何不同的f（和 Rg） 影響系統(tǒng)的本底噪聲和相應(yīng)的預(yù)期 SNR：

如您所見，當(dāng)使用較高的R值時，系統(tǒng)噪聲會增加，SNR會降低f和 Rg.增加增益也會降低SNR性能，因?yàn)樗鼤黾覣DC驅(qū)動器的輸入電壓噪聲和R貢獻(xiàn)的有效噪聲。g.下圖顯示了使用R時各種增益的SNR和THD（總諧波失真）的測量結(jié)果f= 1 kΩ（輸入頻率 = 10 kHz）。

然而，選擇較小電阻的缺點(diǎn)之一是ADC驅(qū)動器需要通過反饋網(wǎng)絡(luò)提供更多電流（從而提供更多功率）。通過R的瞬時電流f和 Rg是 vAMP_OUT除以 R 之和f和 Rg.該電流會增加系統(tǒng)的總功耗，在低功耗應(yīng)用中應(yīng)加以限制。

結(jié)語

這種配置的一個好處是其輸入阻抗非常大，因?yàn)樵粗苯舆B接到ADC驅(qū)動器的同相節(jié)點(diǎn)。這對于輸出阻抗非常大的源特別有用。我們將看到，對于其他配置，情況并非總是如此。

雖然同相配置可以提供增益，但也存在一些實(shí)際限制。首先，如本模擬對話文章所述，ADC驅(qū)動器必須保持一定的大信號和小信號帶寬，以實(shí)現(xiàn)ADC的正向和反向建立要求。帶寬與閉環(huán)增益成反比。系統(tǒng)噪聲也會隨著增益的增加而增加，并且在某一點(diǎn)上會大大降低性能，如果沒有大量的濾波，就無法實(shí)現(xiàn)（我們將在本系列的后面介紹）。

此外，對于需要極低失調(diào)、增益誤差和漂移的應(yīng)用，請確保使用具有足夠容差和TCR規(guī)格的精密電阻。如果可能，請使用匹配的電阻器網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)指定其各個電阻器之間的電阻和TCR跟蹤（例如，LT5400系列）。CN-0393更詳細(xì)地探討了這一概念。另請注意，ADC驅(qū)動器的輸入偏置電流將流過Rf和 Rg，這將在系統(tǒng)中產(chǎn)生電壓偏移。可以在ADC驅(qū)動器的同相節(jié)點(diǎn)和輸入源之間放置一個電阻，以平衡這些失調(diào)，但請記住，該電阻也會給系統(tǒng)增加噪聲！

審核編輯：郭婷