2.2 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