ADC中的集成式容性PGA重新定义性能.PDFVIP

ADC 中的集成式容性PGA ：重新定义性能 作者：Miguel Usach Merino和Gerard Mora-Puchalt 摘要 此外，Σ-Δ 架构可能集成数字滤波器，用来移除目标频段外的 ADI 专利的容性可编程增益放大器(PGA)相比传统的阻性PGA 量化噪声，实现出色的动态范围性能，如图3 所示。 具有更佳的性能，包括针对模拟输入信号的更高共模电压抑制 能力。 本文描述了斩波容性放大器的工作原理，强调了需要放大传感 器小信号至接近供电轨—— 比如温度测量（RTD 或热电偶）和 图3. LPF 之后的量化噪声。 惠斯登电桥——时，此架构的优势。 输入缓冲器 Σ-Δ 型模数转换器(ADC)广泛用于传感器具有较小输出电压范 过采样架构的缺点之一是，相比其它采样频率较低的架构，驱 围和带宽的应用中（比如应变计或热敏电阻），因为这种架构 动Σ-Δ 型调制器的输入缓冲器要求可能会更严格。采集时间变 提供高动态范围。具有高动态范围是因为，相比其它ADC 架 得更短，因此缓冲器需要更高带宽。现代Σ-Δ 型转换器片上集 构，它具有低噪声性能。 成输入缓冲器，最大程度简化使用。 Σ-Δ 型转换器基于两条原理工作：过采样和噪声整形。当ADC 此外，在检测系统中，为检测元件提供具有高精度的极高输入 对输入信号进行采样时，独立于采样频率的量化噪声会在直到 阻抗对于测量精度而言极为关键。这使得输入缓冲器的要求更 采样频率一半的整个频谱内扩散。因此，如果输入信号以比奈 为严格了。 奎斯特理论所推导出的最小值高很多的频率采样，则目标频段 内的量化噪声下降。 集成输入缓冲器还有其它挑战。Σ-Δ 型调制器可在低频率时提 供极低噪声，但所有其它元件（比如输入缓冲器）都会使热噪 图1 显示了不同采样频率下的量化噪声密度示例。 声增加，而更严重的则是低频闪烁噪声，如图4 所示。 图1. 不同采样频率下，频率范围内的量化噪声密度。 图4.闪烁噪声。 一般而言，对于特定的目标频段，每2 个过采样系数就会使动 此外，缓冲器失调也可能增加总系统误差。通过系统校准可以 态范围改善3 dB （假定为白噪声频谱）。Σ-Δ 型转换器的第二 补偿失调，但如果失调漂移相对较高，那么这种方式就无法实 个优势是噪声传递函数。它将噪声整形至更高频率（如图2 所 现，因为每次工作温度发生改变都会要求系统重新校准，以补 示），进一步降低了目标频段内的量化噪声。 偿缓冲器失调。 例如，当失调漂移为500 nV/°C 时，10°C 温度递增将等于5 µV 失调范围，在±2.5 VREF 24 位ADC 中这相当于16.8 LSB，即 约为4 位。 图2. Σ-Δ噪声整形。 解决这两个问题的典型途径是对缓冲器的输入