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Analog/Digital-Wandler

Recht einfacher Treiberverstärker bringt gute Ergebnisse

20. Mai 2015, 11:49 Uhr | Ralf Higgelke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Performance der Schaltung

Zu den Merkmalen der Schaltung gehören ein Klirrfaktor (THD) von -123,5 dB und ein Signal-Rausch-Abstand (SNR) von 102,7 dBFS bei einer Abtastrate von 500 kSample/s und einem 100-Hz-Eingangssignal (siehe Spektrum in Bild 2). THD und SNR bewegen sich nahe den Werten im Datenblatt des LTC2377-20. Sie belegen, dass dieser Treiber das Ergebnis nur minimal verschlechtert.

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Die typische Linearität der gesamten Schaltung über den ganzen Eingangssignalbereich von ±10 V zeigt Bild 3. Sie liegt zwischen +2 ppm und -1,3 ppm bei 500 kSample/s Abtastrate und limitiert durch die INL des ADCs und die Gleichtaktunterdrückung (CMRR)
des OPVs U4. Der kombinierte Offset am ADC-Eingang, einschließlich des Einflusses von U4, U5 und U1, ist +50 µV. Der Offset von U3 wirkt sich nicht auf den Offset des Treibers aus. Eine Worst-Case-Analyse des Offsets am ADC-Eingang ergibt sich gemäß Gleichung (1) aus den maximalen Offsets von U1, U4 und U5 zu 292 µV beziehungsweise 29,2 ppm; in der Gleichung steht »BZE« für »Bipolar Zero-Scale Error«.

(1) $V subscript O S comma m a x end subscript equals space B Z E space left parenthesis U 1 right parenthesis subscript m a x end subscript space plus space fraction numerator V space left parenthesis U 4 right parenthesis subscript O S comma m a x end subscript over denominator 2 end fraction space plus space V subscript R E F end subscript over 2 space minus space fraction numerator V subscript R E F end subscript over denominator 2 space plus space begin display style fraction numerator D R over denominator R space left parenthesis U 5 right parenthesis subscript m a x end subscript end fraction end style end fraction$

Der LT1468A zieht einen maximalen Eingangs-Biasstrom von ±40 nA. Für Applikationen, die eine höhere Eingangsimpedanz erfordern, kann U4 durch einen »LT1122A« ersetzt werden. Jener schwingt schnell ein, und mit seinem JFET-Eingang hat er einen maximalen Eingangs-Biasstrom von nur 75 pA. Setzt man den LT1122A in dieser Schaltung ein, liegt die INL zwischen +6 ppm und -1,1 ppm (siehe auch Tabelle 1).

Der LTC2377-20 wird bei voller Abtastrate von 500 kSample/s typisch mit 4,2 mA versorgt. Er schaltet nach der Wandlung ab und startet erst wieder bei der nächsten Wandlung. Diese Auto-Power-down-Funktion reduziert die Gesamtstromaufnahme des Bausteins auf 1 µA für Applikationen mit sehr geringer Abtastrate.

In Applikationen, in denen ein geringer Versorgungsstrom wichtig ist, fließen in den LT1468A maximal 5,2 mA. Ist das noch zu hoch, kommt der LT1012A anstelle des LT1468A zum Einsatz. Er bietet einen Eingangsstrom im Picoampere-Bereich, einen Offset im Mikrovolt-Bereich und recht geringes Rauschen bei einem maximalen Versorgungsstrom von 500 µA bei ±15 V. Bei Abtastraten von 125 kSample/s erzielt der LT1012A eine Linearität zwischen +0,9 ppm und -0,5 ppm (Tabelle 1).

	V_OS,max/µV	I_B,max/pA	I_Sy,max (typ.)/mA	f_s,mas/kSample/s	INL (typ.)/ppm
LT1468A	75	40 000	5,2	500	+2,0 bis -1,3
LT1122A	600	75	10	500	+6,0 bis -1,1
LT1012A	90	150	0,6	125	+0,9 bis -0,5

Tabelle 1: Vergleich der Daten der Operationsverstärker

Bei Abtastraten über 125 kSample/s nimmt die INL-Performance ab, da der OPV nicht schnell genug einschwingen kann, um den A/D-Wandler präzise anzusteuern.

Das Demoboard »DC2135« für diese Schaltung ist bei Linear Technology erhältlich.