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模数转换器 (ADCs)

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7.1 SAR ADC功率调节

大家好,欢迎观看 TI 高精度实验室, 其中介绍 SAR ADC 功耗调节。 总的来说,该部分将介绍 SAR 数据转换器的功耗的 基本概念以及 最大程度地 降低它的方法。 在本视频中,我们将 定义和说明模拟 电源功率、数字电源 功率和前端驱动器 功率。 让我们首先介绍 SAR ADC 的两个基本级。 首先,在采集阶段, SAR ADC 允许输入 信号对采样 保持电容器 进行充电。 可以通过在开关二保持 断开的情况下闭合开关一 来实现该操作。 接下来,SAR ADC 将进入转换阶段。 在转换阶段, 采样保持 电容器上的电压 转换为数字代码。 开关进行切换,因此 S1 现在断开,S2 现在闭合。 此处显示了一个 包含以下信号的 通用时序图。 片选、CS、串行时钟、Sclock 和串行数据输出 SDO。 采集阶段是 无源阶段, 此时 SAR ADC 具有很少的 内部活动。 所有转换 和通信都 发生在 转换阶段。 现在,让我们将 采集和转换 阶段与 SAR ADC 功耗相关联。 绝大部分 功耗来自 转换阶段。 可以将采集 阶段称作 零功耗阶段, 因为功耗仅 来自静态电流。 在转换阶段,SAR ADC 将消耗功率 以执行从 模拟电压 到数字代码的 转换和数字通信。 平均功耗或 每个周期的 功耗是采集阶段 消耗的电力和 转换阶段消耗的 电力之和除以 周期时间。 务必注意, 通过扩展 采集阶段, 平均功耗 将下降,因为 周期时间将 增加。 采集时间越长, 平均功耗就越低。 采集周期的 时长在外部 放大器驱动器 选择方面具有 一些重要的 注意事项。 总之,采集周期 越长,允许选择的 放大器驱动器的 带宽就越低, 这有助于进一步 降低系统功耗。 由于了解采集 和转换周期 对于低功耗设计 而言很重要,因此 我们将深入探究在 不同的 SAR 架构中是 如何设置这些周期的。 请注意,不是所有 SAR ADC 都支持功耗 调节,因此应确保 查阅器件产品 说明书,以了解显示 该关系的曲线。 SAR ADC 的 采集和转换 时间随内部 器件设计而异。 为了了解是什么 决定了采集和 转换时间,请 查看时序图。 首先,我们将 查看具有内部 转换时钟的 SAR ADC 的时序。 在采用内部 转换时钟时, 转换周期始终 具有固定的时长。 用户应用的 S 时钟将仅影响 数据通信的 速度,而不影响 转换时间。 在该类型的 SAR 中,较低的 采样率将增加 采集时间,因为 转换时间 是固定的。 此处显示的图 突出显示了 同一器件的两种 不同的时序配置。 顶部的配置 采用的 采样率低于 底部的 配置。 数据的 传输速率 与采样率无关。 实际上,最大 通信速率 受器件的 限制,而最小 通信速率仅受总 周期时间的限制。 由于转换时间 始终是固定的, 因此采样率越低, 采集时间就越长。 以该方式 运行的 TI SAR ADC 的两个示例 是 ADS 8881 和 ADS 8332。 请注意,大多数 精密 SAR 转换器 使用内部时钟方法 来设置转换时间。 这是因为对于 精密 SAR 转换器中 更复杂的转换 过程,内部时钟 可确保提供 干净、低抖动的 时钟。 现在,让我们 来看看具有 外部转换 时钟的 SAR ADC。 对于该类型的 器件,也将用户 提供的 S 时钟 用于转换周期。 采用该方法时, 转换时间会 设置为固定 数量的 S 时钟 周期,因此将 随着 S 时钟 频率的变化 而增大和减小。 时序图显示了 采用同一采样率 但具有不同 S 时钟频率的 同一 SAR 操作。 很清楚,在采用 更快的 S 时钟时, 采集时间将 增大,如顶部的 示例所示。 增大采集时间 是有利的,因为 它使输入信号有 更多的稳定时间, 从而降低前端 驱动器的带宽 要求。 降低放大器的 带宽要求可以 进一步 降低功耗。 因此,对于显示的 示例,顶部的时序图 更好,因为它可以 为放大器提供 最大的稳定时间。 使用外部转换 时钟的 TI SAR ADC 的两个示例 是 ADS7042 和 ADS7056。 请注意,该用于设置 采集和转换率的 方法通常用于分辨率 较低的 SAR 转换器,例如 8 至 14 位。 正如前面提到的, 分辨率较高的转换器 通常使用内部时钟 来设置转换时间。 不是所有 SAR ADC 都属于这两类 转换时钟之一。 例如,具有 I2C 接口的器件的 运行方式与具有 SPI 接口的器件 大不相同。 某些 I2C 器件 具有用户可 进行写入以 设置采集 时间的寄存器。 此外,某些 SPI 器件具有固定的 采集窗口。 这意味着器件仅在 固定数量的 S 时钟 周期内进行采集。 显示的时序图 适用于固定采集 类型的器件。 采用其他时序方法的 TI SAR ADC 的两个示例 是 ADS7924 和 ADS8321。 请注意,这些 例外并不常见, 大多数器件都 属于前两种类型 之一。 关于不同类型的 时序图,最好始终 阅读器件 数据表, 以完全了解 器件如何运行 以及如何确定 采集和转换 时间。 SAR ADC 的系统 功耗有三个 主要分量。 第一个是模拟 电源,缩写为 AVDD。 第二个是数字 电源,缩写为 DVDD。 最后一个是前端 驱动器电源。 对于这三个 功耗分量, 我们将在 如何使用 每个因素方面 进一步介绍它们。 首先,我们将查看 模拟电源功耗。 模拟电源用于 SAR ADC 的内部 转换电路。 模拟电源的 平均功耗将 随采样率的 增加而增加。 这是因为随着 采样率增加, 采集时间会 减小,从而导致 更频繁的 转换阶段。 此处显示了 ADS7042 的 数据表电源 电流与吞吐量间的 关系图,可以清楚地 看到线性关系。 为了降低 系统的功耗, 将采样率 降低至应用 可接受的 最低吞吐量 可降低平均 模拟电源功耗。 使用数据表 电源电流与吞吐量 间的关系图,我们 可以计算 AVDD 电源 功耗。 在本示例中,器件 以 60 万个样本/秒的 采样率运行。 在该图中,我们 可以看到 60 万 个样本/秒的典型 电源电流为 120 微安。 采用 3.3 伏 AVDD 时, 该器件的模拟电源 功耗为 396 微瓦。 请注意,对于 某些器件, 基准引脚上 会有其他 功耗源。 这可以通过与 AVDD 电源功耗 相同的方法进行计算, 并被视为额外的源。 接下来,我们将查看 数字电源功耗。 SAR ADC 的 数字电源 仅用于器件的 数字通信 电路。 这意味着 数字电源 功耗仅与 SPI 或 I2C 电路有关。 对于采用 SPI 通信的 SAR 器件, 仅针对串行数据 输出线路或 SDO 在数字电源上 消耗功率,而不 针对片选、串行 数据输入或 系统时钟线路,因为 它们都由主设备供电。 功耗是 DVDD 电压、采样率、 数字输出 代码和电容的 函数。 电容包括 SDO 迹线、ADC 和 主器件上的 SDO 引脚以及添加到 音频线路上的 所有外部电容器。 用于估算平均 数字电源电流的 公式为电容 乘以 DVDD 电压 乘以音频 输出上的 转换频率。 SDO 线路上更多的 从低电平到高电平 和从高电平到低电平的 输出转换将导致更大的 电流消耗。 从电流消耗的角度 而言,最坏的情形 是 SDO 输出上 每隔一位进行交替。 右侧的时序 图中显示了 12 位 SAR ADC 的 最大 SDO 转换次数。 既然我们现在 了解了决定数字 电源功耗的 因素,那么让 我们来看看用于 降低该功耗的方法。 首先,由于数字 功耗是 DVDD 的函数, 因此降低 DVDD 电压 可实现更低的 数字电源功耗。 如果系统能够 在 1.8 伏的逻辑 电平下工作,那么 从 3.3l 伏 DVDD 切换至 1.8 伏 DVDD 将 极大地降低功耗。 接下来,数字 电源功耗与 吞吐量成正比。 通过以可能的 最低采样率 运行 SAR, 可以降低 平均数字 电源功耗, 因为音频转换的 频率也会降低。 最后,降低印刷 电路板或 PCB 上 SDO 线路的 迹线电容 可降低功耗。 较短的迹线具有 较小的电容。 TI 的模拟 工程师计算器 具有内置的 工具,可以通过 输入 PCB 和相关 迹线的特性来 计算迹线电容。 该幻灯片的底部提供了 指向该工具的链接。 让我们粗略地 看一个数字电源 功耗示例计算。 使用 DVDD 电流 计算公式时, 我们需要 DVDD 电压、SDO 线路的电容 以及 SDO 转换频率。 首先,很容易 确定 VDVDD 电压, 因为它是向器件 提供的电压。 在该示例中, 我们使用 3.3 伏。 引脚电容通常 在器件产品 说明书中提供,或者 可以估算为 3 皮法。 接下来,可以使用 模拟工程师计算器, 输入您的 PCB 特性、迹线 长度和迹线 宽度来计算 迹线电容。 通过在计算器中 输入这些值,我们 可以确定 SDO 迹线电容是 1.322 皮法。 最后,我们 需要确定 SDO 转换的频率。 在该示例中, 我们具有 12 位的输出,对于 12 位,最坏情形 是 SDO 线路在每一位 上进行转换,从而产生 12 次 SDO 转换。 可通过获取 转换次数并 将其除以时间 来确定 SDO 转换 频率。 由于器件以 1 兆个样本/秒的 采样率运行,因此周期时间 是 1 微秒。 为了确定 DVDD 电源 功率,我们只需将 DVDD 电流乘以 DVDD 电压。 通过在公式中 输入这些值, 可以得出估算的 DVDD 电源功率为 956.8 微瓦。 继续讨论 SAR ADC 功耗的第三个 分量,我们现在 将重点介绍 前端驱动器。 通常,运算 放大器 用于驱动 SAR ADC 的输入。 该放大器会 因放大器静态 电流和放大器 电源而消耗功率。 SAR ADC 输入驱动器 设计高精度实验室 视频中详细介绍了 如何选择用于驱动 SAR ADC 的运算放大器。 这些视频 介绍如何 确定前端驱动器 所需的带宽。 所需的带宽 取决于 SAR ADC 的吞吐量。 当吞吐量较低时, 驱动 SAR 所需的 带宽较低。 通常,对于运算 放大器,当带宽 规格下降时,静态 电流或 IQ 也会下降。 左下角的图显示了 一些示例放大器,其中 比较了带宽 和静态电流。 为了最大程度地 减小前端驱动器 功耗,以较低的 采样率运行 SAR 可以允许使用 带宽较低的运算 放大器,因此具有 更小的静态电流。 请注意,通过 将总电源电压 乘以静态 电流来计算 该功耗。 在采用静态 电流较低的 运算放大器时,前端 驱动器功耗将降低。 TI 高精度实验室 运算放大器系列 具有一个介绍运算放大器 带宽和深度的视频系列。 采用功耗较低的 前端驱动器是要 付出代价的。 当运算放大器 静态电流降低时, 运算放大器的 固有噪声会以 与 IQ 的平方根的倒数 成正比的速率增加。 务必记住 这一点, 因为功耗和噪声 之间存在折衷。 因此,应确定您的 系统中哪一方面 重要一些,从而 相应地选择放大器。 接下来,运算 放大器电路的 反馈电阻器将 导致额外的功耗。 有时候,为了 降低功耗,人们 使用大值 电阻器, 以降低 负载电流, 但电阻器噪声会随着 电阻的增大而增大。 一条良好的经验法则是, 与反馈网络中的电阻器 噪声相比,使运算 放大器固有噪声 保持主导地位。 TI 高精度实验室 运算放大器系列 还具有一个 专门讨论噪声的 视频系列,其中更加 详细地探讨了该主题。 此外,当放大器的 静态电流下降时, 压摆率通常 也会下降。 虽然大多数应用 要求针对 SAR ADC 采用前端驱动器,但在某些 情况下,可以设计不采用 驱动器的电路。 这适用于 用户可以 直接连接到 SAR ADC 输入端的 低频电压 输入,如左侧的 原理图所示。 该拓扑仅对 低采样率有效, TI 提供了展示该拓扑的 具体示例的技术手册, 该示例以 2 万个样例/秒 及更低的采样率 实现精确的测量。 该幻灯片的底部 显示了相关链接。 不使用驱动器 放大器的优点 是可以节省功耗。 该图显示了系统 功耗的测量示例, 很清楚,运算 放大器的功耗 大约是总功耗的 50%。 该幻灯片显示了 功耗调节的测量 结果示例。 在该示例中, 系统使用了 ADS7042,AVDD 为 3.3 伏, DVDD 为 3.3 伏,运算 放大器电源 电压为 4.5 伏, 并针对每个采样率 使用了不同的运算放大器。 之所以使用了不同的 运算放大器,是因为 带宽要求随 采样率变化。 您可以在该表中 看到三种不同的 功耗水平、使用的 放大器和采样率。 功耗分配到三个 分量中,我们 在该视频的先前部分中 对此进行了讨论,即前端 驱动器功耗、模拟电源 功耗和数字电源功耗。 最后一列将三个功耗 分量组合在一起,以提供 总系统功耗。 该图中显示了 功耗调节,1 千 个样本/秒、10 万个样本/秒、 1 兆个样本/秒之间的 差异是明显且巨大的。 如果放大 1 千个 样本/秒功耗测量, 您现在可以在 较小的 y 轴标度上 看到这三个分量。 本视频到此结束。 谢谢观看。 请尝试完成测验以 检查您对本视频 内容的理解。 377

大家好,欢迎观看 TI 高精度实验室,

其中介绍 SAR ADC 功耗调节。

总的来说,该部分将介绍 SAR 数据转换器的功耗的

基本概念以及 最大程度地

降低它的方法。

在本视频中,我们将 定义和说明模拟

电源功率、数字电源 功率和前端驱动器

功率。

让我们首先介绍 SAR ADC 的两个基本级。

首先,在采集阶段, SAR ADC 允许输入

信号对采样 保持电容器

进行充电。

可以通过在开关二保持 断开的情况下闭合开关一

来实现该操作。

接下来,SAR ADC 将进入转换阶段。

在转换阶段, 采样保持

电容器上的电压 转换为数字代码。

开关进行切换,因此 S1 现在断开,S2 现在闭合。

此处显示了一个 包含以下信号的

通用时序图。

片选、CS、串行时钟、Sclock 和串行数据输出 SDO。

采集阶段是 无源阶段,

此时 SAR ADC 具有很少的

内部活动。

所有转换 和通信都

发生在 转换阶段。

现在,让我们将 采集和转换

阶段与 SAR ADC 功耗相关联。

绝大部分 功耗来自

转换阶段。

可以将采集 阶段称作

零功耗阶段, 因为功耗仅

来自静态电流。

在转换阶段,SAR ADC 将消耗功率

以执行从 模拟电压

到数字代码的 转换和数字通信。

平均功耗或 每个周期的

功耗是采集阶段 消耗的电力和

转换阶段消耗的 电力之和除以

周期时间。

务必注意, 通过扩展

采集阶段, 平均功耗

将下降,因为 周期时间将

增加。

采集时间越长, 平均功耗就越低。

采集周期的 时长在外部

放大器驱动器 选择方面具有

一些重要的 注意事项。

总之,采集周期 越长,允许选择的

放大器驱动器的 带宽就越低,

这有助于进一步 降低系统功耗。

由于了解采集 和转换周期

对于低功耗设计 而言很重要,因此

我们将深入探究在 不同的 SAR 架构中是

如何设置这些周期的。

请注意,不是所有 SAR ADC 都支持功耗

调节,因此应确保 查阅器件产品

说明书,以了解显示 该关系的曲线。

SAR ADC 的 采集和转换

时间随内部 器件设计而异。

为了了解是什么 决定了采集和

转换时间,请 查看时序图。

首先,我们将 查看具有内部

转换时钟的 SAR ADC 的时序。

在采用内部 转换时钟时,

转换周期始终 具有固定的时长。

用户应用的 S 时钟将仅影响

数据通信的 速度,而不影响

转换时间。

在该类型的 SAR 中,较低的

采样率将增加 采集时间,因为

转换时间 是固定的。

此处显示的图 突出显示了

同一器件的两种 不同的时序配置。

顶部的配置 采用的

采样率低于 底部的

配置。

数据的 传输速率

与采样率无关。

实际上,最大 通信速率

受器件的 限制,而最小

通信速率仅受总 周期时间的限制。

由于转换时间 始终是固定的,

因此采样率越低, 采集时间就越长。

以该方式 运行的 TI

SAR ADC 的两个示例 是 ADS 8881 和 ADS 8332。

请注意,大多数 精密 SAR 转换器

使用内部时钟方法 来设置转换时间。

这是因为对于 精密 SAR 转换器中

更复杂的转换 过程,内部时钟

可确保提供 干净、低抖动的

时钟。

现在,让我们 来看看具有

外部转换 时钟的 SAR ADC。

对于该类型的 器件,也将用户

提供的 S 时钟 用于转换周期。

采用该方法时, 转换时间会

设置为固定 数量的 S 时钟

周期,因此将 随着 S 时钟

频率的变化 而增大和减小。

时序图显示了 采用同一采样率

但具有不同 S 时钟频率的

同一 SAR 操作。

很清楚,在采用 更快的 S 时钟时,

采集时间将 增大,如顶部的

示例所示。

增大采集时间 是有利的,因为

它使输入信号有 更多的稳定时间,

从而降低前端 驱动器的带宽

要求。

降低放大器的 带宽要求可以

进一步 降低功耗。

因此,对于显示的 示例,顶部的时序图

更好,因为它可以 为放大器提供

最大的稳定时间。

使用外部转换 时钟的 TI SAR

ADC 的两个示例 是 ADS7042 和 ADS7056。

请注意,该用于设置 采集和转换率的

方法通常用于分辨率 较低的 SAR 转换器,例如

8 至 14 位。

正如前面提到的, 分辨率较高的转换器

通常使用内部时钟 来设置转换时间。

不是所有 SAR ADC 都属于这两类

转换时钟之一。

例如,具有 I2C 接口的器件的

运行方式与具有 SPI 接口的器件

大不相同。

某些 I2C 器件 具有用户可

进行写入以 设置采集

时间的寄存器。

此外,某些 SPI 器件具有固定的

采集窗口。

这意味着器件仅在 固定数量的 S 时钟

周期内进行采集。

显示的时序图 适用于固定采集

类型的器件。

采用其他时序方法的 TI SAR ADC 的两个示例

是 ADS7924 和 ADS8321。

请注意,这些 例外并不常见,

大多数器件都 属于前两种类型

之一。

关于不同类型的 时序图,最好始终

阅读器件 数据表,

以完全了解 器件如何运行

以及如何确定 采集和转换

时间。

SAR ADC 的系统 功耗有三个

主要分量。

第一个是模拟 电源,缩写为 AVDD。

第二个是数字 电源,缩写为 DVDD。

最后一个是前端 驱动器电源。

对于这三个 功耗分量,

我们将在 如何使用

每个因素方面 进一步介绍它们。

首先,我们将查看 模拟电源功耗。

模拟电源用于 SAR ADC 的内部

转换电路。

模拟电源的 平均功耗将

随采样率的 增加而增加。

这是因为随着 采样率增加,

采集时间会 减小,从而导致

更频繁的 转换阶段。

此处显示了 ADS7042 的 数据表电源

电流与吞吐量间的 关系图,可以清楚地

看到线性关系。

为了降低 系统的功耗,

将采样率 降低至应用

可接受的 最低吞吐量

可降低平均 模拟电源功耗。

使用数据表 电源电流与吞吐量

间的关系图,我们 可以计算 AVDD 电源

功耗。

在本示例中,器件 以 60 万个样本/秒的

采样率运行。

在该图中,我们 可以看到 60 万

个样本/秒的典型 电源电流为 120 微安。

采用 3.3 伏 AVDD 时, 该器件的模拟电源

功耗为 396 微瓦。

请注意,对于 某些器件,

基准引脚上 会有其他

功耗源。

这可以通过与 AVDD 电源功耗

相同的方法进行计算, 并被视为额外的源。

接下来,我们将查看 数字电源功耗。

SAR ADC 的 数字电源

仅用于器件的 数字通信

电路。

这意味着 数字电源

功耗仅与 SPI 或 I2C 电路有关。

对于采用 SPI 通信的 SAR 器件,

仅针对串行数据 输出线路或 SDO

在数字电源上 消耗功率,而不

针对片选、串行 数据输入或

系统时钟线路,因为 它们都由主设备供电。

功耗是 DVDD 电压、采样率、

数字输出 代码和电容的

函数。

电容包括 SDO 迹线、ADC 和

主器件上的 SDO 引脚以及添加到

音频线路上的 所有外部电容器。

用于估算平均 数字电源电流的

公式为电容 乘以 DVDD 电压

乘以音频 输出上的

转换频率。

SDO 线路上更多的 从低电平到高电平

和从高电平到低电平的 输出转换将导致更大的

电流消耗。

从电流消耗的角度 而言,最坏的情形

是 SDO 输出上 每隔一位进行交替。

右侧的时序 图中显示了

12 位 SAR ADC 的 最大 SDO 转换次数。

既然我们现在 了解了决定数字

电源功耗的 因素,那么让

我们来看看用于 降低该功耗的方法。

首先,由于数字 功耗是 DVDD 的函数,

因此降低 DVDD 电压

可实现更低的 数字电源功耗。

如果系统能够 在 1.8 伏的逻辑

电平下工作,那么 从 3.3l 伏 DVDD 切换至

1.8 伏 DVDD 将 极大地降低功耗。

接下来,数字 电源功耗与

吞吐量成正比。

通过以可能的 最低采样率

运行 SAR, 可以降低

平均数字 电源功耗,

因为音频转换的 频率也会降低。

最后,降低印刷 电路板或 PCB 上

SDO 线路的 迹线电容

可降低功耗。

较短的迹线具有 较小的电容。

TI 的模拟 工程师计算器

具有内置的 工具,可以通过

输入 PCB 和相关 迹线的特性来

计算迹线电容。

该幻灯片的底部提供了 指向该工具的链接。

让我们粗略地 看一个数字电源

功耗示例计算。

使用 DVDD 电流 计算公式时,

我们需要 DVDD 电压、SDO

线路的电容 以及 SDO 转换频率。

首先,很容易 确定 VDVDD 电压,

因为它是向器件 提供的电压。

在该示例中, 我们使用 3.3 伏。

引脚电容通常 在器件产品

说明书中提供,或者 可以估算为 3 皮法。

接下来,可以使用 模拟工程师计算器,

输入您的 PCB 特性、迹线

长度和迹线 宽度来计算

迹线电容。

通过在计算器中 输入这些值,我们

可以确定 SDO 迹线电容是

1.322 皮法。

最后,我们 需要确定

SDO 转换的频率。

在该示例中, 我们具有 12

位的输出,对于 12 位,最坏情形

是 SDO 线路在每一位 上进行转换,从而产生

12 次 SDO 转换。

可通过获取 转换次数并

将其除以时间 来确定 SDO 转换

频率。

由于器件以 1 兆个样本/秒的 采样率运行,因此周期时间

是 1 微秒。

为了确定 DVDD 电源 功率,我们只需将

DVDD 电流乘以 DVDD 电压。

通过在公式中 输入这些值,

可以得出估算的 DVDD 电源功率为

956.8 微瓦。

继续讨论 SAR ADC 功耗的第三个

分量,我们现在 将重点介绍

前端驱动器。

通常,运算 放大器

用于驱动 SAR ADC 的输入。

该放大器会 因放大器静态

电流和放大器 电源而消耗功率。

SAR ADC 输入驱动器 设计高精度实验室

视频中详细介绍了 如何选择用于驱动

SAR ADC 的运算放大器。

这些视频 介绍如何

确定前端驱动器 所需的带宽。

所需的带宽 取决于 SAR

ADC 的吞吐量。

当吞吐量较低时, 驱动 SAR 所需的

带宽较低。

通常,对于运算 放大器,当带宽

规格下降时,静态 电流或 IQ 也会下降。

左下角的图显示了 一些示例放大器,其中

比较了带宽 和静态电流。

为了最大程度地 减小前端驱动器

功耗,以较低的 采样率运行 SAR

可以允许使用 带宽较低的运算

放大器,因此具有 更小的静态电流。

请注意,通过 将总电源电压

乘以静态 电流来计算

该功耗。

在采用静态 电流较低的

运算放大器时,前端 驱动器功耗将降低。

TI 高精度实验室 运算放大器系列

具有一个介绍运算放大器 带宽和深度的视频系列。

采用功耗较低的 前端驱动器是要

付出代价的。

当运算放大器 静态电流降低时,

运算放大器的 固有噪声会以

与 IQ 的平方根的倒数 成正比的速率增加。

务必记住 这一点,

因为功耗和噪声 之间存在折衷。

因此,应确定您的 系统中哪一方面

重要一些,从而 相应地选择放大器。

接下来,运算 放大器电路的

反馈电阻器将 导致额外的功耗。

有时候,为了 降低功耗,人们

使用大值 电阻器,

以降低 负载电流,

但电阻器噪声会随着 电阻的增大而增大。

一条良好的经验法则是, 与反馈网络中的电阻器

噪声相比,使运算 放大器固有噪声

保持主导地位。

TI 高精度实验室 运算放大器系列

还具有一个 专门讨论噪声的

视频系列,其中更加 详细地探讨了该主题。

此外,当放大器的 静态电流下降时,

压摆率通常 也会下降。

虽然大多数应用 要求针对 SAR ADC

采用前端驱动器,但在某些 情况下,可以设计不采用

驱动器的电路。

这适用于 用户可以

直接连接到 SAR ADC 输入端的

低频电压 输入,如左侧的

原理图所示。

该拓扑仅对 低采样率有效,

TI 提供了展示该拓扑的 具体示例的技术手册,

该示例以 2 万个样例/秒

及更低的采样率 实现精确的测量。

该幻灯片的底部 显示了相关链接。

不使用驱动器 放大器的优点

是可以节省功耗。

该图显示了系统 功耗的测量示例,

很清楚,运算 放大器的功耗

大约是总功耗的 50%。

该幻灯片显示了 功耗调节的测量

结果示例。

在该示例中, 系统使用了

ADS7042,AVDD 为 3.3 伏, DVDD 为 3.3 伏,运算

放大器电源 电压为 4.5 伏,

并针对每个采样率 使用了不同的运算放大器。

之所以使用了不同的 运算放大器,是因为

带宽要求随 采样率变化。

您可以在该表中 看到三种不同的

功耗水平、使用的 放大器和采样率。

功耗分配到三个 分量中,我们

在该视频的先前部分中 对此进行了讨论,即前端

驱动器功耗、模拟电源 功耗和数字电源功耗。

最后一列将三个功耗 分量组合在一起,以提供

总系统功耗。

该图中显示了 功耗调节,1 千

个样本/秒、10 万个样本/秒、

1 兆个样本/秒之间的 差异是明显且巨大的。

如果放大 1 千个 样本/秒功耗测量,

您现在可以在 较小的 y 轴标度上

看到这三个分量。

本视频到此结束。

谢谢观看。

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内容的理解。 377

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7.1 SAR ADC功率调节

所属课程:TI 高精度实验室 – ADC系列视频 发布时间:2019.05.23 视频集数:44 本节视频时长:00:18:54
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