資料介紹
模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 將模擬世界連接到數(shù)字世界,因此是連接到現(xiàn)實世界的任何電子系統(tǒng)的基本部件。它們也是決定系統(tǒng)性能的關鍵因素。本系列文章探討 ADC 的基礎知識、各種 ADC 類型及其應用。本文為本系列關于模擬基礎知識文章的第 1 部分,將討論逐次逼近寄存器 (SAR) ADC。第 2 部分將討論三角積分 (Δ?) 轉(zhuǎn)換器?,F(xiàn)在仍然是一個模擬世界,因此要讓感知的信息進入數(shù)字領域,需要進行某種轉(zhuǎn)換。這一重任就由模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 來完成。多年來,成功崛起的三種 ADC 拓撲結(jié)構(gòu)是逐次逼近寄存器 (SAR)、三角積分 (S-D) 和流水線 ADC。這三種 ADC 拓撲結(jié)構(gòu)截然不同,以便在不同的頻率范圍內(nèi)工作,服務于從低頻傳感器應用到更高頻率的 LiDAR 或衛(wèi)星通信等所有領域。 SAR ADC 是第一種成為主流的轉(zhuǎn)換器。隨著時間的推移,這種轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在各種應用中,包括過程控制、醫(yī)療和早期數(shù)字音頻系統(tǒng)。這些應用受益于 SAR ADC 的 8 位至 20 位輸出轉(zhuǎn)換范圍。但是,SAR ADC 賴以成名的原因是它會捕獲模擬輸入信號的快照,并使用多個信號快照來繪制一段時間內(nèi)的圖像。本文將簡要介紹與 SAR ADC 密切相關的信號鏈。接下來,通過分析負責 ADC 快照操作的基本輸入級,深入研究該 ADC 拓撲結(jié)構(gòu)。然后,本文將介紹 SAR ADC 示例解決方案——Analog Devices 的 AD7625BCPZ 和 AD4020BCPZ-RL7,著重討論 ADC4020BCPZ-RL7 的內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換機制。另外,還提供了合適數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關鍵規(guī)格。
SAR ADC 的模擬信號鏈
SAR ADC 常用于自動測試設備、機器自動化、醫(yī)療設備和精密數(shù)據(jù)采集等系統(tǒng)中。在所有 SAR ADC 應用中,都存在一個需要適度 8 至 20 位分辨率數(shù)字表示的模擬信號,并且采樣速率從接近 DC 到每秒 15 兆 (MSPS)(在撰寫本文時)。 SAR ADC 能力強大,無需模擬前端 (AFE) 信號鏈即可工作。但是,如果設計人員的工作還包括在 SAR ADC 的前端成功呈現(xiàn)信號,則很有可能需要一定程度的信號調(diào)節(jié)。
圖 1:該示例 SAR ADC 信號鏈包括 X 射線探測器、AFE、放大器驅(qū)動器、Analog Device 的 AD7625BCPZ 6 MSPS 轉(zhuǎn)換器,以及用于獲得轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字接收器 (FPGA)。
在圖中,X 射線源經(jīng)行李箱將信號發(fā)送到 x 射線探測器。X 射線設備的工作是在短時間內(nèi)構(gòu)建行李箱的完整圖像,以減少旅客的不滿。前端獲取探測器信號并執(zhí)行信號調(diào)節(jié)功能,例如模擬增益和電平位移。然后信號被提供給 SAR ADC,在本例中為 Analog Devices 的 AD7625BCPZ。 SAR ADC 之前的放大器提供適當?shù)姆€(wěn)定功能,在放大器與 SAR ADC 之間通常有一個一階低通濾波器。該 SAR ADC 能夠以高達 6 MSPS 的速度采樣(每 167 納秒 [ns] 采樣一次),可以在短時間內(nèi)獲得多個快照。
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