2.2.1 单端驱动电路分析

你好

欢迎参加 TI 高精度实验室课程

本章节将讨论使用运算放大器

作为 SAR 型 ADC 驱动放大器的问题

将分为三个部分

首先讨论线性工作范围

对放大器驱动电路的约束条件

然后考虑放大器的共模范围和输出摆幅

对 SAR 型 ADC 的性能影响

并且探讨一下新的放大器技术

如何消除共模和输出摆幅的限制

最后关于轨对轨放大器的使用

和交越失真的注意事项

首先我们看一下

单端输入 SAR 型 ADC 的输入范围约束

有两个范围会经常看到

一个是满量程输入范围

另一个是绝对输入最大值

满量程范围和基准电压是相关的

对于 ADS7042 这颗器件

基准电压和 AVDD 是相同的

为 3.3V

输入范围是正相端 AIN_P

减去负相端 AIN_M 得到

负相输入端的范围很窄

只有 ±100mV

改变负相输入端的电压

输入电压的范围会随之改变相应的值

所以对于这颗 ADC 来说

通常的输入范围是 0 到 3.3V

当然也可以通过调节负相端输入电压

来调节输入范围

绝对输入最大值代表的是

可以加载到 ADC 的最大电压

以保证 ADC 不会被损坏

尤其要注意的是

如果运放的供电电压

超过了 ADC 的绝对输入最大值

是有可能损坏 ADC 的

在这个例子里面

如果 AVDD 为 3.3V 的话

那么绝对最大输入范围

就是 -0.3V 到 3.6V

低于 -0.3V 或者高于 3.6V 的输入电压

都有可能损坏这个器件

注意到这里的放大器供电电压

是 0 到 3.3V 的

没有超过绝对最大值

所以在这里 ADC 是安全的

放大器的线性输出范围

比 ADC 的满量程范围更窄

这会导致我们浪费了一些

数据转换器的输入范围

如果要使用同样的放大器

来实现满量程的 ADC 输入范围

可以调节放大器的供电电压来实现

例如将放大器的供电电压

调整为 -0.2V 到 3.5V

则放大器的信息输入范围

变成 -0.1V 到 3.4V

这个范围比 ADC 的量程稍宽一点

因此可以利用 ADC 的满量程

但是注意到改变放大器的供电电压

不能超过 ADC 的绝对最大值

这里 ADC 绝对最大值是 -0.3 到 3.6

所以不会损坏 ADC

改变运放供电电压的方法

可以解决范围的问题

但是需要增加额外的电源芯片

对于 -0.2V 这种不常规的电压

还需要额外的特殊器件

LM7795 就是专门设计给这种应用场合的

电荷泵用于产生小的负电压

由于是开关电容器件

所以需要考虑足够的滤波电容

以降低噪声

我们再看一个不一样的例子

使用 OPA625 作为单端输入

前面的例子使用的是轨对轨的放大器

所以输入范围没有共模电压的限制

然后 OPA625 为非轨对轨放大器

输入共模范围限制

比电源电压低了 1.15V 的区间了

通过计算

如果使 用OPA625 作为驱动的话

最坏情况变成了 0.15V 到 2.15V

由线性输入范围和共模范围共同决定

在下一页幻灯片中

我们将讨论如何避免共模限制

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本章节将讨论使用运算放大器

作为 SAR 型 ADC 驱动放大器的问题

将分为三个部分

首先讨论线性工作范围

对放大器驱动电路的约束条件

然后考虑放大器的共模范围和输出摆幅

对 SAR 型 ADC 的性能影响

并且探讨一下新的放大器技术

如何消除共模和输出摆幅的限制

最后关于轨对轨放大器的使用

和交越失真的注意事项

首先我们看一下

单端输入 SAR 型 ADC 的输入范围约束

有两个范围会经常看到

一个是满量程输入范围

另一个是绝对输入最大值

满量程范围和基准电压是相关的

对于 ADS7042 这颗器件

基准电压和 AVDD 是相同的

为 3.3V

输入范围是正相端 AIN_P

减去负相端 AIN_M 得到

负相输入端的范围很窄

只有 ±100mV

改变负相输入端的电压

输入电压的范围会随之改变相应的值

所以对于这颗 ADC 来说

通常的输入范围是 0 到 3.3V

当然也可以通过调节负相端输入电压

来调节输入范围

绝对输入最大值代表的是

可以加载到 ADC 的最大电压

以保证 ADC 不会被损坏

尤其要注意的是

如果运放的供电电压

超过了 ADC 的绝对输入最大值

是有可能损坏 ADC 的

在这个例子里面

如果 AVDD 为 3.3V 的话

那么绝对最大输入范围

就是 -0.3V 到 3.6V

低于 -0.3V 或者高于 3.6V 的输入电压

都有可能损坏这个器件

注意到这里的放大器供电电压

是 0 到 3.3V 的

没有超过绝对最大值

所以在这里 ADC 是安全的

放大器的线性输出范围

比 ADC 的满量程范围更窄

这会导致我们浪费了一些

数据转换器的输入范围

如果要使用同样的放大器

来实现满量程的 ADC 输入范围

可以调节放大器的供电电压来实现

例如将放大器的供电电压

调整为 -0.2V 到 3.5V

则放大器的信息输入范围

变成 -0.1V 到 3.4V

这个范围比 ADC 的量程稍宽一点

因此可以利用 ADC 的满量程

但是注意到改变放大器的供电电压

不能超过 ADC 的绝对最大值

这里 ADC 绝对最大值是 -0.3 到 3.6

所以不会损坏 ADC

改变运放供电电压的方法

可以解决范围的问题

但是需要增加额外的电源芯片

对于 -0.2V 这种不常规的电压

还需要额外的特殊器件

LM7795 就是专门设计给这种应用场合的

电荷泵用于产生小的负电压

由于是开关电容器件

所以需要考虑足够的滤波电容

以降低噪声

我们再看一个不一样的例子

使用 OPA625 作为单端输入

前面的例子使用的是轨对轨的放大器

所以输入范围没有共模电压的限制

然后 OPA625 为非轨对轨放大器

输入共模范围限制

比电源电压低了 1.15V 的区间了

通过计算

如果使 用OPA625 作为驱动的话

最坏情况变成了 0.15V 到 2.15V

由线性输入范围和共模范围共同决定

在下一页幻灯片中

我们将讨论如何避免共模限制