Analog/Digital-Wandler Recht einfacher Treiberverstärker bringt gute Ergebnisse

Wegen der steigenden Auflösung und Abtastrate von A/D-Wandlern bestimmt deren Eingangstreiber zunehmend die Gesamtgenauigkeit des Wandlers. Eine recht einfache Treiberschaltung treibt einem 20-Bit-SAR-Wandler eventuelle Ungenauigkeiten aus.

von Guy Hoover, Applications Engineer für Mixed Signal Products bei Linear Technology.

Ein Eingangstreiber für einen A/D-Wandler (ADC) muss das Eingangssignal puffern und entsprechend verstärken, zusätzlich muss er den Pegel anheben oder ein voll differentielles Signal erzeugen, um den Eingangsspannungsbereich des ADCs abzudecken und dessen Gleichtaktanforderungen zu erfüllen. Dabei muss das Originalsignal unverändert bleiben. Daher bestimmen die Eingangstreiber zunehmend die Gesamtgenauigkeit der Wandler, zumal diese eine immer höhere Auflösung und Abtastrate bieten.

Die Schaltung in Bild 1 wandelt ein unipolares ±10-V-Signal in ein voll differenzielles Signal mit ±5 V um, wie es der »LTC2377-20« (U1) benötigt, ein 500 kSample/s schneller, stromsparender SAR-A/D-Wandler mit 20 Bit Auflösung und einer typischen integralen Nichtlinearität (INL) von ±0,5 ppm. U4 ist ein Puffer für die Eingangsspannung an AIN, der den Widerstandsstrang U5 ansteuert, um die ADC-Gleichtaktspannung VREF/2 zu erzeugen.

U3 und U4 sind hochlineare Operationsverstärker (OPVs) im »LT1468A« mit geringem Offset. U5 ist das 4-fach-Widerstands-Anpassungsnetzwerk des »LT5400A« mit einem maximalen Balancierungsfehler von 0,01%. Das ist wichtig, da sich sonst der Offset und der Messbereichsfehler (Full Scale Error) in der Schaltung verschlechtern. Aus diesem Grund und wegen des extrem geringen Spannungskoeffizienten sollen keine diskreten Widerstände anstelle des LT5400A eingesetzt werden. R4 verschiebt das Ausgangssignal von U3 um ein Viertel des Spannungsbereichs. R1 und R2 sind ein Spannungsteiler für die Vorspannung (Bias) des nichtinvertierenden Eingangs von U3 mit VREF/2.

R5 und R6 bestimmen die Verstärkung des invertierenden Verstärkers U3 mit -0,5. C10 und C12 bilden in Kombination mit den Widerständen von U5 ein 1,4-MHz-Filter am Eingang des ADCs. Zusätzlich hilft der Widerstand zwischen Pin 1 und Pin 8 von U5, den Ausgang von U4 frei von Ladungsspitzen zu halten. Diese treten auf, wenn der A/D-Wandler vom Hold- in den Sample-Mode geht. Der »LTC6655A-5« (U2) wird als Referenz für diese Schaltung ausgewählt, da er schnell auf Transienten reagieren kann, die wegen des geringen Rauschens am REF-Pin während der Wandlung verstärkt auftreten.